(57)【要約】  本発明に係る窒化物半導体発光素子（１００）は、凹部が設けられた凹凸構造を有する凹凸基板（１１０）と、凹凸構造上に設けられた第１導電型の第１の窒化物半導体層（１２１）と、第１の窒化物半導体層（１２１）上に設けられた第１の発光層（１２２）と、発光層（１２２）上に設けられた第２導電型の第２の窒化物半導体層（１２３）とを備え、凹部の底部を構成する材料の熱膨張係数は、第１の窒化物半導体層（１２１）の熱膨張係数よりも大きい。
2011145283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が設けられた凹凸構造を有する凹凸基板と、
前記凹凸構造上に設けられた第１導電型の第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に設けられた第１の発光層と、
前記第１の発光層上に設けられ、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２の窒化物半導体層とを備え、
前記凹部の底部を構成する材料の熱膨張係数は、前記第１の窒化物半導体層の熱膨張係数よりも大きい
窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記凹凸基板は、シリコンからなる第１の基板と、前記第１の基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられたシリコンからなる第２の基板とを有し、
前記凹部は、当該凹部の底部が前記絶縁層の表面となるように前記第２の基板に形成された開口であり、
前記凹部の底部を構成する材料は、前記絶縁層であり、
前記凹部の側面の面方位は、前記第２の基板の主面の面方位と異なる
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記凹部の前記側面の面方位が、シリコンの（１１１）面である
請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２の基板の主面の面方位が、シリコンの（１００）面から７°オフした面、シリコンの（３１１）面、シリコンの（１１０）面、またはシリコンの（１１２）面である
請求項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の窒化物半導体層の上面は平坦面である
請求項２〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１の基板の主面の面方位が、シリコンの（１００）面である
請求項２〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記凹凸基板は、前記凹凸構造を有する第１の領域と平坦面を有する第２の領域とを含み、
前記第１の窒化物半導体層、前記第１の発光層および前記第２の窒化物半導体層を含む第１の窒化物半導体積層構造体は、前記第１の領域上に形成され、
さらに、前記第２の領域上に、前記第１導電型の第３の窒化物半導体層と、第２の発光層と、前記第２導電型の第４の窒化物半導体層とを含む第２の窒化物半導体積層構造体が形成され、
前記第１の窒化物半導体積層構造体の主面と前記第２の窒化物半導体積層構造体の主面とが異なる面方位であり、
前記第１の発光層から発せられる光の波長よりも前記第２の発光層から発せられる光の波長の方が長い
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１の領域と前記第２の領域が、絶縁層により分離されている
請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１の領域と前記第２の領域が、Ｓｉ単結晶からなる
請求項７または８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１の領域における前記凹凸構造の凸部は、少なくとも２つの側面を有し、
前記凸部における一方の側面の面方位は（１１１）面であり、
前記凸部における他方の側面は所定のマスクにて覆われている
請求項７〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記凹凸基板が、（１１−２０）面を主面とするサファイア基板である
請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
少なくとも前記第２の窒化物半導体層と前記第４の窒化物半導体層のいずれか一方に凹凸構造が形成されている
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
さらに、前記凹凸基板上に設けられ、前記第１導電型の第５の窒化物半導体層と、第３の発光層と、前記第２導電型の第６の窒化物半導体層とを含む第３の窒化物半導体積層構造体を備え、
前記第３の発光層から発せられる光の波長は、前記第１の発光層および前記第２の発光層から発せられる光の波長と異なる
請求項７〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記凹凸基板の前記凹凸構造が周期的な構造である
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
凹部が設けられた凹凸構造を有する凹凸基板を形成する第１の工程と、
前記凹凸構造上に、第１導電型の第１の窒化物半導体層を形成する第２の工程と、
前記第１の窒化物半導体層上に、第１の発光層を形成する第３の工程と、
前記発光層上に、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２の窒化物半導体層を形成する第４の工程とを含み、
前記凹部の底部を構成する材料の熱膨張係数は、前記第１の窒化物半導体層の熱膨張係数よりも大きい
窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の工程は、シリコンからなる第１の基板上に、前記凹部の底部を構成する材料である絶縁層と、シリコンからなる第２の基板とを形成する工程と、前記絶縁層が露出するように前記第２の基板の一部を除去することにより、前記第２の基板の主面の面方位とは異なる面方位の側面を有する前記凹部を形成する工程とを含み、
前記第２の工程において、前記凹部の前記側面上に、前記第１の窒化物半導体層を形成する
請求項１５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記凹部の前記側面の面方位が、シリコンの（１１１）面である
請求項１６に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
さらに、前記第２の窒化物半導体層に第３の基板を貼り合わせる工程と、
前記第１の基板と前記絶縁層と前記第２の基板とを除去する工程と、を含む
請求項１６または１７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の工程は、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板上に、絶縁層と、主面が（１１１）面とは異なる面方位であるＳｉ単結晶からなる第２の基板とを形成する工程と、前記絶縁層が露出するように前記第２の基板の一部を除去することにより、（１１１）面からなる第１の側面を有する凸部を形成する工程とを含み、
さらに、
前記第１の工程と前記第２の工程との間に、前記凸部の側面のうち、前記第１の側面とは異なる第２の側面を覆う所定のマスクを形成する工程と、
前記第１の基板が露出するように前記絶縁層の一部を除去する工程と、
露出した前記第１の基板上に、前記第１導電型の第３の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第３の窒化物半導体層上に第２の発光層を形成する工程と、
前記第２の発光層上に、前記第２導電型の第４の窒化物半導体層を形成する工程と、を有する
請求項１５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
さらに、
前記第２の窒化物半導体層および前記第４の窒化物半導体層に第３の基板を貼り合わせる工程と、
前記第１の基板と前記絶縁層と前記第２の基板とを除去する工程と、を有する
請求項１９に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１の工程は、（１１−２０）面を主面とするサファイア基板上の一部の領域に（０００１）面からなる側面を有する前記凹凸構造を形成する工程であり、
さらに、
前記サファイア基板の前記主面の上に、前記第１導電型の第３の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第３の窒化物半導体層上に第２の発光層を形成する工程と、
前記第２の発光層上に、前記第２導電型の第４の窒化物半導体層を形成する工程と、を有する
請求項１５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
さらに、
前記第１の窒化物半導体層および前記第３の窒化物半導体層に第３の基板を貼り合わせる工程と、
前記サファイア基板を除去する工程と、を有する
請求項２１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明器具の照明用光源または液晶表示装置のバックライト光源等の白色光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた白色ＬＥＤ光源が盛んに研究されている。白色ＬＥＤ光源としては、例えば、青色光を放射する青色ＬＥＤと当該青色ＬＥＤの青色光を黄色光に変換する蛍光体とによって構成されるものがある。青色ＬＥＤの中でも特に、例えば窒化物半導体等のワイドバンドギャップ半導体を用いた窒化物半導体発光素子が盛んに開発されている。【０００３】
現在用いられている青色ＬＥＤにおいて、電子と正孔が再結合し光を放出する層である発光層は、窒化物半導体結晶の（０００１）面（ｃ面、極性面）と呼ばれる結晶面上に設けられるのが一般的である。しかし、ｃ面上に発光層を設けた場合、用いる材料の格子定数差に由来して発光層内には分極が発生する。このため、発光層内にピエゾ電界と呼ばれる内部電界が発生し、電子と正孔が空間的に分離され、発光効率が低下するという課題がある。【０００４】
この課題を解決するために、発光層をｃ面に対して傾斜した面（非極性面）上に設けることで、ピエゾ電界の影響を軽減するという試みが研究されている。しかし、非極性面上では、大口径化や高い転位密度が課題となり、未だ実用には至っていない。非極性面を用いた青色ＬＥＤに関して、従来、例えば特許文献１に開示される窒化物半導体発光素子が提案されている。【０００５】
以下に、従来の窒化物半導体発光素子の製造方法について、図１８を参照しながら説明する。図１８は、従来の窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程を模式的に示した断面図である。【０００６】
図１８の（ａ）に示すように、まず、シリコンの（１００）面から７°オフしたシリコン基板１上にシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を形成し、フォトリソグラフィ法やドライエッチングを用いて、ストライプ状の開口を有するマスク５２を形成する。【０００７】
次に、図１８の（ｂ）に示すように、マスク５２が形成されたシリコン基板１に対して、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いたウェットエッチングを施すことにより、マスク５２の開口部分におけるシリコン基板１に断面三角形状の凹凸構造を形成する。このとき、凹凸構造における凸部（凹部）の傾斜した面はシリコンの（１１１）ファセット面６１となる。【０００８】
次に、図１８の（ｃ）に示すように、スパッタリング法や真空蒸着法により、凸部（凹部）における２つの傾斜面のうちの一方に、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜からなるマスク５３を被覆する。【０００９】
次に、図１８の（ｄ）に示すように、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）により、シリコン基板１に窒化物半導体を結晶成長させると、マスク５２、５３が形成されていない面であるシリコンの（１１１）ファセット面６１からのみ窒化物半導体２が結晶成長し、成長方向に窒化物半導体２の（１−１０１）ファセット面７０が現れる。【００１０】
その後、さらに結晶成長を継続すると、図１８の（ｅ）〜（ｇ）に示すように、隣り合う凸部（凹部）の側面から成長した窒化物半導体２同士が接合し、窒化物半導体２の（１−１０１）ファセット面７０は、連続膜の状態になった窒化物半導体２の（１−１０１）面となる。【００１１】
その後、図示しないが、このようにして得られた窒化物半導体の結晶上に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を設けることにより、従来の窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２４６６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の従来の窒化物半導体発光素子では、以下に示すような課題を有する。【００１４】
上記の従来の窒化物半導体発光素子において、基板であるシリコン（Ｓｉ）と窒化物半導体との間には大きな熱膨張係数差があるため、結晶成長後の窒化物半導体に引っ張り応力が加わり、窒化物半導体にクラックが生じやすいという課題がある。【００１５】
また、従来の窒化物半導体発光素子では、シリコン基板に凹凸構造を形成するためのアルカリウェットエッチングにおいて、Ｓｉ（１１１）面以外の面のエッチングレートが高い。このため、シリコン基板に凹凸構造を精密に形成することができず、面内均一性良く窒化物半導体を形成することが困難であるという課題がある。【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、クラックの発生が抑制され、面内均一性の高い窒化物半導体を有する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様は、凹部が設けられた凹凸構造を有する凹凸基板と、前記凹凸構造上に設けられた第１導電型の第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に設けられた第１の発光層と、前記発光層上に設けられ、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２の窒化物半導体層とを備え、前記凹部の底部を構成する材料の熱膨張係数は、前記第１の窒化物半導体層の熱膨張係数よりも大きい。【００１８】
これにより、凹凸基板における凹凸構造の凹部と第１の窒化物半導体層との熱膨張係数の差によって生じる第１の窒化物半導体層における応力歪を緩和することができる。従って、第１の窒化物半導体層においてクラックが発生することを抑制することができる。【００１９】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記凹凸基板は、シリコンからなる第１の基板と、前記第１の基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられたシリコンからなる第２の基板とを有し、前記凹部は、当該凹部の底部が前記絶縁層の表面となるように前記第２の基板に形成された開口であり、前記凹部の底部を構成する材料は、前記絶縁層であり、前記凹部の側面の面方位は、前記第２の基板の主面の面方位とは異なる。【００２０】
これにより、シリコンからなる第１の基板の熱膨張係数と第１の窒化物半導体層の熱膨張係数との差によって生じる第１の窒化物半導体層における応力歪を緩和するができる。従って、第１の窒化物半導体層においてクラックが発生することを抑制することができる。【００２１】
また、第２の基板の凹部の深さを第２の基板の厚さで制御することができる。従って、凹部の深さが浅くなるように第２の基板の厚さを薄く制御して、第２の基板と第１の窒化物半導体層との接触面積を減少させることができる。この結果、第１の窒化物半導体層に加えられる応力をさらに低減することができるので、第１の窒化物半導体層におけるクラックの発生を一層抑制することができる。【００２２】
さらに、第１の基板と絶縁層と第２の基板とが積層構造となっているので、第２の基板に凹凸構造を形成する際、絶縁層をエッチングストップ層として機能させることができる。これにより、高い面内均一性で第２の基板に凹凸構造を形成することができるので、凹凸構造上に形成する窒化物半導体層の各層、特に、凹凸構造直上の第１の窒化物半導体層を高い面内均一性で成膜することができる。【００２３】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記凹部の前記側面の面方位が、シリコンの（１１１）面であることが好ましい。【００２４】
これにより、シリコンの（１１１）面上において窒化ガリウムの（０００１）面を結晶成長させることができる。【００２５】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第２の基板の主面の面方位が、シリコンの（１００）面から７°オフした面、シリコンの（３１１）面、シリコンの（１１０）面、またはシリコンの（１１２）面であることが好ましい。【００２６】
これにより、第１導電型の窒化物半導体層の主面が、それぞれ窒化ガリウムの（１−１０１）面、（１１−２２）面、（１−１００）面、（１１−２０）面とすることができるので、発光層内に発生するピエゾ電界を低減することができる。この結果、高発光効率の窒化物半導体発光素子を実現することができる。【００２７】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１の窒化物半導体層の上面は平坦面であることが好ましい。【００２８】
これにより、一般的な半導体プロセスを用いて当該平坦面上に各種半導体層を容易に形成することができる。また、当該平坦面上に形成された半導体層も平坦面とすることができるので、光の取り出し効率を向上させるための凹凸パターン等を容易に形成することができる。この結果、高発光効率の窒化物半導体発光素子を実現することができる。【００２９】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１の基板の主面の面方位が、シリコンの（１００）面であることが好ましい。【００３０】
これにより、第１の基板の主面がへき開性を有するシリコンの（１００）面となるので、製造した窒化物半導体発光素子を容易にへき開することができる。【００３１】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記凹凸基板は、前記凹凸構造を有する第１の領域と平坦面を有する第２の領域とを含み、前記第１の窒化物半導体層、前記第１の発光層および前記第２の窒化物半導体層を含む第１の窒化物半導体積層構造体は、前記第１の領域上に形成され、さらに、前記第２の領域上に、前記第１導電型の第３の窒化物半導体層と、第２の発光層と、前記第２導電型の第４の窒化物半導体層とを含む第２の窒化物半導体積層構造体が形成され、前記第１の窒化物半導体積層構造体の主面と前記第２の窒化物半導体積層構造体の主面とが異なる面方位であり、さらに、前記第１の発光層から発せられる光よりも前記第２の発光層から発せられる光の波長の方が長い。【００３２】
このようにすることで、異なる面方位の窒化物半導体層を、前記凹凸基板の主面に対して平行に、平坦成長させることができる。これにより、一般的な半導体プロセスにより容易に微細な電極や凹凸パターンを作製することが可能となる。したがって、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。【００３３】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１の領域と前記第２の領域が、絶縁層により分離されていることが好ましい。【００３４】
このようにすることで、前記第１の領域と前記第２の領域に異なる基板を用いることができ、異なる面方位の窒化物半導体結晶の成長が容易になる。これにより、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。【００３５】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１の領域と前記第２の領域が、Ｓｉ単結晶からなることが好ましい。【００３６】
このようにすることで、異なる面方位の窒化物半導体結晶の成長が容易になる。これにより、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。【００３７】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１の領域における前記凹凸構造の凸部は、少なくとも２つの側面を有し、前記凸部における一方の側面の面方位は（１１１）面であり、前記凸部における他方の側面は所定のマスクにて覆われていることが好ましい。【００３８】
このようにすることで、前記第１の窒化物半導体層が平坦成長し、一般的な半導体プロセスにより容易に微細な電極や凹凸パターンを作製することが可能となる。これにより、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。【００３９】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１の領域と前記第２の領域が、（１１−２０）面を主面とするサファイア基板であってもよい。【００４０】
これにより、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。【００４１】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、少なくとも前記第２の窒化物半導体層と前記第４の窒化物半導体層のいずれか一方に凹凸構造が形成されていることが好ましい。【００４２】
これにより、凹凸構造を有する発光面を形成することができるので、第１の窒化物半導体層または第２の窒化物半導体層から効率よく光を取り出すことが可能となる。【００４３】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記凹凸基板上に設けられ、前記第１導電型の第５の窒化物半導体層と、第３の発光層と、前記第２導電型の第６の窒化物半導体層とを含む第３の窒化物半導体積層構造体を備え、前記第３の発光層から発せられる光の中心波長は、前記第１の発光層および前記第２の発光層から発せられる光の中心波長と異なることが好ましい。【００４４】
これにより、３つの異なる波長の光を発する半導体発光素子を得ることができる。【００４５】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記凹凸基板の前記凹凸構造が周期的な構造であることが好ましい。【００４６】
このようにすることで、凹凸構造により第１の発光層から発せられた光を取り出すことが可能となる。これにより、高発光効率の窒化物半導体発光素子を実現できる。【００４７】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一態様は、凹部が設けられた凹凸構造を有する凹凸基板を形成する第１の工程と、前記凹凸構造上に、第１導電型の第１の窒化物半導体層を形成する第２の工程と、前記第１の窒化物半導体層上に、第１の発光層を形成する第３の工程と、前記発光層上に、前記第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２の窒化物半導体層を形成する第４の工程とを含み、前記凹部の底面を構成する材料の熱膨張係数は、前記第１の窒化物半導体層の熱膨張係数よりも大きい。【００４８】
これにより、凹凸基板における凹凸構造の凹部と第１の窒化物半導体層との熱膨張係数の差によって生じる第１の窒化物半導体層における応力歪を緩和することができる。従って、第１の窒化物半導体層においてクラックが発生することを抑制することができる。【００４９】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一態様において、前記第１の工程は、シリコンからなる第１の基板上に、前記凹部の底部を構成する材料である絶縁層と、シリコンからなる第２の基板とを形成する工程と、前記絶縁層が露出するように前記第２の基板の一部を除去することにより、前記第２の基板の主面の面方位とは異なる面方位の側面を有する前記凹部を形成する工程とを含み、前記第２の工程において、前記凹部の前記側面上に、前記第１の窒化物半導体層を形成する。【００５０】
これにより、第１の基板の熱膨張係数と第１の窒化物半導体層の熱膨張係数との差によって生じる第１の窒化物半導体層における応力歪を緩和するができる。また、第２の基板の凹凸構造における凹部の深さを第２の基板の厚さで制御することができる。従って、第１の窒化物半導体層においてクラックが発生することを抑制できる。【００５１】
また、絶縁層を第２の基板に凹凸構造の形成する際のエッチングストップ層として機能させることができるので、凹凸構造上における窒化物半導体層を高い面内均一性で成膜することができる。【００５２】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一態様において、前記凹部の前記側面の面方位が、シリコンの（１１１）面であることが好ましい。【００５３】
これにより、シリコンの（１１１）面上において窒化ガリウムの（０００１）面を結晶成長させることができる。【００５４】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一態様において、前記第２の窒化物半導体層に第３の基板を貼り合わせる工程と、前記第１の基板と前記絶縁層と前記第２の基板とを除去する工程と、を含むことが好ましい。【００５５】
これにより、第３の基板上に、凹凸面を有する第１の窒化物半導体層を形成することができる。これにより、高発光効率の窒化物半導体発光素子を実現することができる。【００５６】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一態様において、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板上に、絶縁層と、主面が（１１１）面とは異なる面方位であるＳｉ単結晶からなる第２の基板を形成する工程と、前記絶縁層が露出するように前記第２の基板の一部を除去することにより、（１１１）面からなる第１の側面を有する凸部を形成する工程とを含み、さらに、前記第１の工程と前記第２の工程との間に、前記凸部の側面のうち、前記第１の側面とは異なる第２の側面を覆う所定のマスクを形成する工程と、前記第１の基板が露出するように前記絶縁層の一部を除去する工程と、露出した前記第１の基板上に、前記第１導電型の第３の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第３の窒化物半導体層上に第２の発光層を形成する工程と、前記第２の発光層上に、前記第２導電型の第４の窒化物半導体層を形成する工程と、を有する。【００５７】
このようにすることで、主面の面方位が異なる２つの基板上に窒化物半導体層を形成するので、面方位の異なる窒化物半導体層を基板の主面に対して平行に平坦成長させることができる。これにより、一般的な半導体プロセスにより容易に微細な電極や凹凸パターンを作製することができる。したがって、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を製造することができる。【００５８】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一態様において、前記第１の窒化物半導体層および前記第３の窒化物半導体層を第３の基板に貼り合わせる工程と、前記第１の基板と前記絶縁層と前記第２の基板とを除去する工程とを有することが好ましい。【００５９】
これにより、第３の基板上に凹凸面を有する窒化物半導体層を形成することができるので、高発光効率の窒化物半導体発光素子を製造することができる。【００６０】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の別の一態様において、前記第１の工程は、（１１−２０）面を主面とするサファイア基板上の一部の領域に（０００１）面からなる側面を有する前記凹凸構造を形成する工程であり、さらに、前記サファイア基板の前記主面の上に、前記第１導電型の第３の窒化物半導体層を形成する工程と、前記第２の窒化物半導体層上に第２の発光層を形成する工程と、前記第２の発光層上に、前記第２導電型の第４の窒化物半導体層を形成する工程と、を有する。【００６１】
これにより、サファイア基板を用いて、面方位の異なる窒化物半導体層をサファイア基板の主面に対して平行に平坦成長させることができる。【００６２】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の別の一態様において、前記第１の窒化物半導体層および前記第３の窒化物半導体層に第３の基板を貼り合わせる工程と、前記サファイア基板を除去する工程を有することが好ましい。【００６３】
これにより、第３の基板上に、凹凸面を有する窒化物半導体層を形成することができるので、高発光効率の窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００６４】
本発明に係る窒化物半導体発光素子によれば、窒化物半導体層においてクラックの発生を抑制することができる。【００６５】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、クラックの発生を抑制することができる窒化物半導体層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子において、第１の窒化物半導体積層構造体のみを動作させた状態（動作モードＡ）を示した断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子において、第１の窒化物半導体積層構造体と第２の窒化物半導体積層構造体とを動作させた状態（動作モードＢ）を示した断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａにおける動作モードＡのときに得られる発光スペクトルＡ（破線）と図１５Ｂにおける動作モードＢのときに得られる発光スペクトルＢ（実線）とを示した図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、比較例に係る窒化物半導体発光素子の応用例を説明する図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第１適用例を説明する図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の第２適用例を説明する図である。
【図１８】図１８は、従来の窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下に、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００６８】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【００６９】
図１に示すように、窒化物半導体発光素子１００は、Ｓｉ（シリコン）の単結晶からなる第１の基板１１１、絶縁層１１２、およびＳｉ単結晶からなる第２の基板１１３がこの順に積層された凹凸基板１１０上に、ｎ型を第１導電型とするｎ型窒化物半導体層１２１（第１の窒化物半導体層）、発光層１２２（第１の発光層）、およびｐ型を第２導電型とするｐ型窒化物半導体層１２３（第２の窒化物半導体層）を含む窒化物半導体積層構造体１２０が形成された構造となっている。
【００７０】
凹凸基板１１０において、第１の基板１１１は、主面の面方位がシリコンの（１００）面となるように構成されている。また、第２の基板１１３には、絶縁層１１２の表面が窒化物半導体積層構造体１２０に対して露出するような複数の開口が形成されている。第２の基板１１３は、当該開口を凹部とし、隣り合う凹部によって構成される島状の凸部が形成された凹凸構造を有する。このように、凹凸構造に設けられた凹部は、当該凹部の底部が絶縁層１１２の表面となるように形成されている。従って、本実施形態において、凹部の底部を構成する材料は、絶縁層１１２である。
【００７１】
また、図１に示すように、第２の基板１１３の凹凸構造における凸部（凹部）の両側面のうち、一方の側面１３０は露出されており、他方の側面は第２のマスク１５１で覆われている。凸部（凹部）の一方の側面１３０は、第２の基板１１３の主面の面方位とは異なるように構成されており、本実施形態では、Ｓｉの（１１１）面である。なお、図１において、第２のマスク１５１は、第２の基板１１３の主面（上面）も覆っているが、第２のマスク１５１は第２の基板１１３の主面（上面）を覆っていなくても構わない。
【００７２】
また、窒化物半導体積層構造体１２０において、ｎ型窒化物半導体層１２１は、第２の基板１１３における凹凸構造の複数の開口（凹部）を埋めるように絶縁層１１２と接するようにして、絶縁層１１２上および第２の基板１１３上に形成されている。さらに、本実施形態では、ｎ型窒化物半導体層１２１の熱膨張係数が、絶縁層１１２の熱膨張係数よりも小さくなるように構成されている。すなわち、絶縁層１１２の熱膨張係数は、ｎ型窒化物半導体層１２１の熱膨張係数よりも大きい。また、ｎ型窒化物半導体層１２１の上面（発光層１２２側面）は平坦面となっている。
【００７３】
なお、窒化物半導体積層構造体１２０にはｎ型窒化物半導体層１２１が露出するような開口部が設けられ、ｎ型窒化物半導体層１２１と電気的に接続されるようにｎ電極（ｎ型電極）１４３が形成されている。また、ｐ型窒化物半導体層１２３と電気的に接続されるようにｐ型窒化物半導体層１２３上に透明電極１４１およびｐ電極（ｐ型電極）１４２が形成されている。
【００７４】
上記の構成において、窒化物半導体積層構造体１２０は、例えばＭｇ（マグネシウム）がドープされたＧａＮ（窒化ガリウム）からなるｐ型窒化物半導体層１２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる発光層１２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１２１により構成される。また、ｐ電極１４２は、例えばＴｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）等の金属の多層膜で構成される。ｎ電極１４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、ｐ型窒化物半導体層１２３および発光層１２２の一部を選択的に除去することで露出したｎ型窒化物半導体層１２１に接する形で形成されている。また、透明電極１４１は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などの波長４７０ｎｍ付近の波長に対して透過率の高い導電性材料からなる。
【００７５】
また、絶縁層１１２は、ＳｉＯ2（シリコン酸化膜）で形成することが好ましい。但し、絶縁層１１２は、シリコン酸化膜に限らず、熱膨張係数がｎ型窒化物半導体層１２１の熱膨張係数よりも大きいものであれば構わない。
【００７６】
また、第２のマスク１５１は、ＳｉＯ2、または、ＳｉＯ2やＴｉＯ2（酸化チタン）などの誘電体からなる多層膜によって構成することが好ましい。
【００７７】
次に、このように形成された本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００の動作について説明する。
【００７８】
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、絶縁層１１２の熱膨張係数がｎ型窒化物半導体層１２１の熱膨張係数よりも大きくなるように構成されているので、ｎ型窒化物半導体層１２１においてクラックが発生することを抑制することができる。
【００７９】
すなわち、Ｓｉ基板上に例えばＧａＮ結晶を成長させる場合、二つの材料の熱膨張係数の差（Ｓｉの熱膨張係数：２．６×１０-6／Ｋ、ＧａＮの熱膨張係数：５．６×１０-6／Ｋ）により、ＧａＮ結晶に引っ張り歪が生じ、ＧａＮ結晶にクラックが発生しやすい。本実施形態では、Ｓｉ基板とＧａＮの間にＧａＮよりも熱膨張係数が大きい材料、例えばＳｉＯ2（熱膨張係数：８〜１０×１０-6／Ｋ）層を加えているので、Ｓｉ基板とＧａＮとの熱膨張係数差による上記引っ張り歪を緩和することができる。これにより、ＧａＮに加えられる応力を低減することができるので、ＧａＮにおいてクラックが発生することを抑制することができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、第２の基板１１３によって凹凸構造を形成している。これにより、第２の基板１１３に設けた凹凸構造における凹部の深さを第２の基板１１３の厚さで制御することができる。従って、凹凸構造の凹部の深さが浅くなるように第２の基板１１３の厚さを薄く制御して、第２の基板１１３とｎ型窒化物半導体層１２１との接触面積を減少させることができる。その結果、ｎ型窒化物半導体層１２１に加えられる応力を低減することができるので、ｎ型窒化物半導体層１２１におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００８１】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００において、凹凸基板１１０は、第１の基板１１１、絶縁層１１２および第２の基板１１３の積層構造となっている。これにより、第２の基板１１３に凹凸構造を形成する際、絶縁層１１２を、例えばＫＯＨやＴＭＡＨによるアルカリウェットエッチングに対して、エッチングストップ層として機能させることができる。その結果、第２の基板１１３の凹凸構造を、高い面内均一性で精度良く形成することができるので、凹凸構造上に形成する窒化物半導体積層構造体１２０も高い面内均一性で成膜することができる。特に、凹凸構造の直上に形成されるｎ型窒化物半導体層１２１については、高い面内均一性で成膜することができる。
【００８２】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００において、第２の基板１１３の主面の面方位は、Ｓｉの（１００）面から７°オフした面、Ｓｉ（１１３）面、Ｓｉ（１１２）、またはＳｉ（１１０）面とすることが好ましい。この場合、第２の基板１１３の凹凸構造における凸部（凹部）の側面１３０をＳｉ（１１１）面とすることにより、当該Ｓｉ（１１１）面上に選択的に窒化物半導体積層構造体１２０の各層を順次結晶成長させたときに、窒化物半導体積層構造体１２０の各層の主面を窒化ガリウムのｃ面に対して傾斜した非極性面とすることができる。特に、ｎ型窒化物半導体層１２１の主面は、それぞれ窒化ガリウムの（１−１０１）面、（１１−２２）面、（１−１００）面、（１１−２０）面とすることができる。このように、窒化物半導体積層構造体１２０の各層の主面を窒化ガリウムのｃ面に対して傾斜した非極性面とすることにより、発光層１２２内のピエゾ電界を低減することができる。この結果、発光層１２２内での電子と正孔の空間的な分離を改善することができるので、発光効率を向上させることができる。
【００８３】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００において、第２の基板１１３に設けられた凹凸構造を上記のような周期的な構造とすることにより、発光層１２２から放出された光を窒化物半導体積層構造体１２０の外部に取り出す効率（光の取り出し効率）を向上させることができる。
【００８４】
以上により、本実施形態によれば、クラックの発生が抑制され、高い面内均一性で、高発光効率の窒化物半導体発光素子を実現することができる。
【００８５】
次に、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【００８６】
図２の（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板１１１と、Ｓｉ単結晶からなる第２の基板１１３とを、例えばＳｉＯ2からなる絶縁層１１２を介して接合させる。このとき、第２の基板１１３の主面が、シリコンの（１１１）面とは異なる面方位となるように構成されている。
【００８７】
次に、熱酸化法やプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、第２の基板１１３上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる第１のマスク１５０を形成する。その後、図２の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、図２の紙面垂直方向に延びるストライプ状の開口を有するように、第１のマスク１５０をパターニングして、第２の基板１１３を露出させる。
【００８８】
次に、図２の（ｃ）に示すように、第２の基板１１３に対して、例えばＫＯＨやＴＭＡＨによりウェットエッチングを施し、第２の基板１１３に当該第２の基板１１３を貫通する開口を形成して凹部を構成することにより、島状の凸部を有する凹凸構造を形成する。これにより、第２の基板１１３の開口において絶縁層１１２を露出させる。このとき、第２の基板１１３の凹凸構造における凸部（凹部）の側面１３０は傾斜面となり、その面方位はＳｉの（１１１）面となる。
【００８９】
次に、図２の（ｄ）に示すように、例えばＨＦ（フッ酸）によるウェットエッチングにより、第１のマスク１５０を除去する。
【００９０】
次に、図２の（ｅ）に示すように、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、第２の基板１１３に形成した凹凸構造における凸部（凹部）の両側面のうち、一方の側面１３０は露出させたままとし、他方の側面を第２のマスク１５１で被覆する。このとき、第２の基板１１３の主面（上面）も第２のマスク１５１で被覆する。なお、本実施形態では、第２の基板１１３の主面（上面）は第２のマスク１５１で被覆したが、第２の基板１１３の主面（上面）は被覆しなくても構わない。
【００９１】
次に、図２の（ｆ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、第２の基板１１３における凹凸構造の複数の開口（凹部）を埋めるようにして、絶縁層１１２の表面上および第２の基板１１３上にｎ型窒化物半導体層１２１を形成し、引き続き、発光層１２２およびｐ型窒化物半導体層１２３を形成する。
【００９２】
このとき、ｎ型窒化物半導体層１２１は、露出する第２の基板１１３、すなわち、第２の基板１１３の凹凸構造の各凸部（凹部）における側面１３０の面方位に従って（図中の斜め矢印方向に）結晶成長し、各開口において結晶成長が進行することにより、第２のマスク１５１上にも形成され、その後、隣り合う開口の側面１３０から結晶成長したｎ型窒化物半導体層１２１同士が接合する。これにより、上面が第１の基板１１１の主面に対して平行な平坦面となる１つのｎ型窒化物半導体層１２１が成膜される。また、この後に結晶成長される発光層１２２とｐ型窒化物半導体層１２３の上面も、その上面は第１の基板１１１の主面に対して平行な平坦面となる。
【００９３】
次に、図２の（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法により、窒化物半導体積層構造体１２０に開口部１６０を設け、ｎ型窒化物半導体層１２１を露出させる。
【００９４】
次に、図２の（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、ｐ型窒化物半導体層１２３に電気的に接続される形で透明電極１４１およびｐ電極１４２を形成する。また、ｎ型窒化物半導体層１２１に電気的に接続される形でｎ電極１４３を形成する。
【００９５】
最後に、図示しないが、ブレードを用いたダイシングによりチップ分離を行うことで、窒化物半導体発光素子を形成する。
【００９６】
以上により、クラックの発生が抑制され、面内均一性の高い、高発光効率の窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【００９７】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【００９８】
図３に示すように、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００は、第３の基板２１５上に積層された反射層２８０上に、ｐ型窒化物半導体層２２３（第２の窒化物半導体層）、発光層２２２（第１の発光層）、およびｎ型窒化物半導体層２２１（第１の窒化物半導体層）からなる窒化物半導体積層構造体２２０が積層された構造となっている。第３の基板２１５および反射層２８０は、導電性を有する。
【００９９】
窒化物半導体積層構造体２２０において、ｎ型窒化物半導体層２２１には、凹凸構造の凹凸面２３０が形成されている。
【０１００】
ｎ型窒化物半導体層２２１上には、ｎ型窒化物半導体層２２１と電気的に接続されるようにｎ電極２４３が形成されている。また、第３の基板２１５には、反射層２８０が設けられている面とは逆の面に、ｐ電極２４２が形成されている。
【０１０１】
上記の構成において、窒化物半導体積層構造体２２０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層２２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる発光層２２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層２２１により構成される。反射層２８０は、例えばＡｇやＡｌ等の波長４７０ｎｍ付近に対して反射率の高い金属により構成される。ｐ電極２４２は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。ｎ電極２４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。
【０１０２】
また、ｎ型窒化物半導体層２２１に形成された凹凸面２３０の凹凸構造は、同じ形状の凹部と凸部とが周期的に形成された構造であることが望ましい。
【０１０３】
次に、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０１０４】
図４の（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板２１１と、Ｓｉ単結晶からなる第２の基板２１３とを絶縁層２１２を介して接合させる。このとき、第２の基板２１３の主面が、シリコンの（１１１）面とは異なる面方位となるように構成されている。このとき、絶縁層２１２の材料は、絶縁層２１２の熱膨張係数が後で積層するｎ型窒化物半導体層２２１の熱膨張係数よりも大きくなるように構成されている。本実施形態では、実施形態１と同様に、熱膨張係数が８〜１０×１０-6／ＫであるＳｉＯ2を用いた。
【０１０５】
次に、熱酸化法やプラズマＣＶＤ法などにより、第２の基板２１３上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる第１のマスク２５０を形成する。その後、図４の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、ストライプ状の開口を有するように第１のマスク２５０をパターニングして、第２の基板２１３を露出させる。
【０１０６】
次に、図４の（ｃ）に示すように、第２の基板２１３に対して、例えばＫＯＨやＴＭＡＨによりウェットエッチングを施し、第２の基板２１３に当該第２の基板２１３を貫通する開口を形成して凹部を構成することにより、島状の凸部を有する凹凸構造を形成する。これにより、第２の基板２１３の開口において絶縁層２１２を露出させる。このとき、第２の基板２１３の凹凸構造における凸部（凹部）の側面は傾斜面となり、その面方位はＳｉの（１１１）面となる。
【０１０７】
次に、図４の（ｄ）に示すように、例えばＨＦによるウェットエッチングにより、第１のマスク２５０を除去する。
【０１０８】
次に、図４の（ｅ）に示すように、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、第２の基板２１３に形成した凹凸構造における凸部（凹部）の両側面のうち、一方の傾斜面を第２のマスク２５１で被覆する。このとき、第２の基板２１３の主面（上面）も第２のマスク２５１で被覆する。
【０１０９】
次に、図４の（ｆ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、第２の基板２１３における凹凸構造の複数の開口（凹部）を埋めるようにして、絶縁層２１２の表面上および第２の基板２１３上にｎ型窒化物半導体層２２１を形成し、引き続き、発光層２２２およびｐ型窒化物半導体層２２３を形成する。
【０１１０】
このとき、ｎ型窒化物半導体層２２１は、露出する第２の基板２１３、すなわち、第２の基板２１３の凹凸構造の各凸部（凹部）における側面の面方位に従って結晶成長し、各開口において結晶成長が進行することにより、第２のマスク２５１上にも形成され、その後、隣り合う開口の側面から結晶成長したｎ型窒化物半導体層２２１同士が接合する。これにより、上面が第１の基板２１１の主面に対して平行な平坦面となる１つのｎ型窒化物半導体層２２１が成膜される。また、この後に結晶成長される発光層２２２とｐ型窒化物半導体層２２３の上面も、その上面は第１の基板２１１の主面に対して平行な平坦面となる。
【０１１１】
次に、図４の（ｇ）に示すように、ｐ型窒化物半導体層２２３上に反射層２８０を介して第３の基板２１５を貼り合わせる。その後、第３の基板２１５上に真空蒸着法によりｐ電極２４２を積層する。
【０１１２】
次に、（ｇ）に示す窒化物半導体の積層構造体を反転させて、図４の（ｈ）に示すように、例えばＣｌＦ3ガスによるドライエッチングや、フッ硝酸によるウェットエッチング等を用いて、第１の基板２１１、絶縁層２１２および第２の基板２１３を除去する。これにより、表面に凹凸面２３０が形成されたｎ型窒化物半導体層２２１を形成することができる。
【０１１３】
次に、図４の（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法により、ｎ型窒化物半導体層２２１と電気的に接するようにしてｎ電極２４３を形成する。
【０１１４】
最後に、図示しないが、ブレードを用いたダイシングによりチップ分離を行うことで、窒化物半導体発光素子を形成する。
【０１１５】
以上により、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００を製造することができる。
【０１１６】
このように、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００によれば、第１の基板２１１とｎ型窒化物半導体層２２１との間に、熱膨張係数がｎ型窒化物半導体層２２１よりも大きい絶縁層２１２を挿入してｎ型窒化物半導体層２２１を結晶成長している。これにより、実施形態１と同様に、第１の基板２１１とｎ型窒化物半導体層２２１との熱膨張係数の差によって生じるｎ型窒化物半導体層２２１の応力歪を緩和することができる。従って、ｎ型窒化物半導体層２２１に加えられる応力を低減することができるので、ｎ型窒化物半導体層２２１においてクラックが発生することを抑制することができる。
【０１１７】
さらに、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００によれば、第２の基板２１３に設けた凹凸構造によってｎ型窒化物半導体層２２１に凹凸面２３０を形成している。これにより、第２の基板２１３に設けた凹凸構造における凹部の深さ（または凸部の高さ）によってｎ型窒化物半導体層２２１の凹凸面２３０における凸部の高さ（または凹部の深さ）で制御することができる。つまり、第２の基板２１３の厚さによってｎ型窒化物半導体層２２１の凹凸面２３０における凸部の高さ（または凹部の深さ）を制御することができる。従って、第２の基板２１３の凹凸構造における凹部の深さが浅くなるように第２の基板２１３の厚さを薄く制御して、第２の基板２１３とｎ型窒化物半導体層２２１との接触面積を減少させることができる。その結果、ｎ型窒化物半導体層２２１に加えられる応力を低減することができるので、ｎ型窒化物半導体層２２１におけるクラックの発生を抑制することができる。
【０１１８】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００において、ｎ型窒化物半導体層２２１に凹凸面２３０を形成する場合、第１の基板２１１、絶縁層２１２および第２の基板２１３の積層構造を用いている。これにより、第２の基板２１３に凹凸構造を形成する際、絶縁層２１２を、例えばＫＯＨやＴＭＡＨによるアルカリウェットエッチングに対して、エッチングストップ層として機能させることができる。その結果、第２の基板２１３の凹凸構造を、高い面内均一性で精度良く形成することができるので、当該凹凸構造の形状に従って形成されるｎ型窒化物半導体層２２１の凹凸面２３０、また、発光層２２２およびｐ型窒化物半導体層２２３も高い面内均一性で成膜することができる。
【０１１９】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００において、第２の基板２１３の主面の面方位は、Ｓｉの（１００）面から７°オフした面、Ｓｉ（１１３）面、Ｓｉ（１１２）、またはＳｉ（１１０）面とすることが好ましい。この場合、第２の基板２１３の凹凸構造における凸部（凹部）の側面をＳｉ（１１１）面とすることにより、当該Ｓｉ（１１１）面上に選択的に窒化物半導体積層構造体２２０の各層を順次結晶成長させたときに、窒化物半導体積層構造体２２０の各層の主面を窒化ガリウムのｃ面に対して傾斜した非極性面とすることができる。特に、ｎ型窒化物半導体層２２１の主面は、それぞれ窒化ガリウムの（１−１０１）面、（１１−２２）面、（１−１００）面、（１１−２０）面とすることができる。このように、窒化物半導体積層構造体２２０の各層の主面を窒化ガリウムのｃ面に対して傾斜した非極性面とすることにより、発光層２２２内のピエゾ電界を低減することができる。この結果、発光層２２２内での電子と正孔の空間的な分離を改善することができるので、発光効率を向上させることができる。
【０１２０】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００において、ｎ型窒化物半導体層２２１に設けられた凹凸面２３０を周期的な構造とすることにより、発光層２２２から放出された光を窒化物半導体積層構造体２２０の外部に取り出す効率（光の取り出し効率）を向上させることができる。なお、凹凸面２３０の周期的な構造は、第２の基板２１３の凹凸構造を周期的な構造とすることにより形成することができる。
【０１２１】
以上により、本実施形態においても、クラックの発生が抑制され、面内均一性の高い、発光効率の高い窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０１２２】
（実施形態３）
まず、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子について、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。図５Ｂは、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子の斜視図である。なお、図５Ｂ）は、図５Ａにおいて、第１のｎ電極３４３、第１のｐ電極３４２、第２のｎ電極３４５および第２のｐ電極３４４が形成される前の状態を示している。
【０１２３】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子３００は、Ｓｉ（シリコン）単結晶からなる第１の基板３１１、絶縁層３１２、およびＳｉ単結晶からなる第２の基板３１３がこの順で積層された構造の凹凸基板３１０を有する。
【０１２４】
ここで、凹凸基板３１０は、第２の基板３１３が絶縁層３１２を露出するようにして島状に形成された凹凸構造を有する第１の領域と、第２の基板３１３が存在せず、絶縁層３１２が第１の基板３１１を部分的に露出させるようにして形成された第２の領域とからなる。
【０１２５】
第１の領域において、第２の基板３１３の凹凸構造における凸部の両側面のうち、一方の側面（第１の側面）はＳｉ（１１１）面が露出しており、他方の側面（第２の側面）は第２のマスク３０１で覆われている。また、凹凸構造における凹部は、当該凹部の底部が絶縁層３１２の表面となるように形成されている。従って、本実施形態において、凹部の底部を構成する材料は、絶縁層３１２である。
【０１２６】
第１の領域における第２の基板３１３上には、第１のｎ型半導体層３２１（第１の窒化物半導体層）、第１の発光層３２２、および第１のｐ型半導体層３２３（第２の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第１の窒化物半導体積層構造体３２０が形成されている。第１のｎ型半導体層３２１は、第１の領域における凹凸構造の凹部を埋めるようにして、第１の基板３１１の主面に対して平行に平坦成長されている。
【０１２７】
第１の窒化物半導体積層構造体３２０には第１のｎ型半導体層３２１が露出するような開口が設けられ、第１のｎ型半導体層３２１および第１のｐ型半導体層３２３上に、それぞれ第１のｎ電極（第１のｎ型電極）３４３および第１のｐ電極（第１のｐ型電極）３４２がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０１２８】
さらに、第１のｐ型半導体層３２３にはリッジが形成されており、第１のｎ電極３４３と第１のｐ電極３４２の間に高電流を注入することにより、第１の発光層３２２から、所望の波長のレーザ光が発せられる。
【０１２９】
一方、凹凸基板３１０の第２の領域においては、絶縁層３１２に開口部３０２が設けられている。開口部３０２は、複数の開口からなり、第１の基板３１１の主面である平坦面が部分的に露出するように形成されている。
【０１３０】
第２の領域における開口部３０２上には、第２のｎ型半導体層３３１（第３の窒化物半導体層）、第２の発光層３３２、および第２のｐ型半導体層３３３（第４の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第２の窒化物半導体積層構造体３３０が形成されている。
【０１３１】
第２の窒化物半導体積層構造体３３０には第２のｎ型半導体層３３１が露出するような開口が設けられ、第２のｎ型半導体層３３１および第２のｐ型半導体層３３３上に、それぞれ第２のｎ電極（第２のｎ型電極）３４５および第２のｐ電極３４４（第２のｐ型電極）がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０１３２】
さらに、第２のｐ型半導体層３３３にはリッジが形成されており、第２のｎ電極３４５と第２のｐ電極３４４の間に高電流を注入することにより、第２の発光層３３２から、所望の波長のレーザ光が発せられる。
【０１３３】
第１の領域上に形成された第１の窒化物半導体積層構造体３２０と第２の領域上に形成された第２の窒化物半導体積層構造体３３０とは、同一の凹凸基板３１０上に形成されるが、第１の窒化物半導体積層構造体３２０の下層にある絶縁層３１２によって絶縁されている。第１の窒化物半導体積層構造体３２０と第２の窒化物半導体積層構造体３３０とは素子分離されており、中心波長の異なる光を発する。
【０１３４】
上記の構成において、第１の窒化物半導体積層構造体３２０は、例えばＭｇ（マグネシウム）がドープされたＧａＮ（窒化ガリウム）からなる第１のｐ型半導体層３２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第１の発光層３２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第１のｎ型半導体層３２１により構成されている。第１のｐ電極３４２は、例えばＴｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）等の金属の多層膜で構成される。第１のｎ電極３４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第１のｐ型半導体層３２３および第１の発光層３２２の一部を選択的に除去することで露出した第１のｎ型半導体層３２１に接する形で形成されている。
【０１３５】
また、上記の構成において、第２の窒化物半導体積層構造体３３０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のｐ型半導体層３３３、例えば波長５３０ｎｍを中心とする緑色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第２の発光層３３２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第２のｎ型半導体層３３１により構成されている。第２のｐ電極３４４は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第２のｎ電極３４５は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第２のｐ型半導体層３３３および第２の発光層３３２の一部を選択的に除去することで露出した第２のｎ型半導体層３３１に接する形で形成されている。
【０１３６】
また、絶縁層３１２は、ＳｉＯ2（シリコン酸化膜）からなることが好ましい。また、第２の基板３１３の主面は、Ｓｉの（１００）７°オフ面、（１１３）面、（１１２）面、または（１１０）面であることが好ましい。また、第２の基板３１３に設けられた凹凸構造は、周期的な構造であることが望ましい。また、開口部３０２は、開口と絶縁層３１２とが交互に配置された周期的な構造となることが望ましい。
【０１３７】
また、第２のマスク３０１は、ＳｉＯ2またはＳｉＯ2とＴｉＯ2などの誘電体からなる多層膜であることが望ましい。
【０１３８】
次に、このように構成された本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子３００の動作について説明する。
【０１３９】
本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子３００のように、異なる二つの面方位（例えば、（１１１）面と（１００）７°オフ面）を有するＳｉ基板上にＧａＮ結晶を成長させると、それぞれの面方位に対してＧａＮ結晶の成長面が異なる。例えばＳｉ（１１１）面上にはＧａＮの（０００１）面が成長し、Ｓｉ（１００）７°オフ面上にはＧａＮの（１−１０１）面が成長する。したがって、異なる面方位のＧａＮ結晶を、間隔を狭く、それぞれ基板の主面に対して平行に平坦面成長することが可能となる。この平坦面上には、フォトリソグラフィやドライエッチングなどの一般的な半導体プロセスを用いて、微細なパターン形成が可能であるため、電流注入を改善するための微細電極パターンや、光取り出し効率を改善するための微細凹凸パターンを容易に形成することができ、これにより、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。この結果、高発光効率で、発光点間隔が狭い窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１４０】
また、異なる二つの成長面上では、例えばＩｎＧａＮからなる発光層においては、Ｉｎ（インジウム）の取り込み効率が異なる。例えば同一の成長条件では、ＧａＮの（０００１）面上のＩｎＧａＮ発光層よりもＧａＮの（１−１０１）面上のＩｎＧａＮ発光層の方がＩｎの取り込み効率が低い。そのため、ＧａＮの（０００１）面上のＩｎＧａＮ発光層の発光波長よりもＧａＮの（１−１０１）面上のＩｎＧａＮ発光層の発光波長の方が長波長となる。この結果、一度の結晶成長で、複数の異なる発光波長のピークを持つ窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１４１】
また、第１の窒化物半導体積層構造体３２０と第２の窒化物半導体積層構造体３３０は電気的に接しておらず、第１のｎ電極３４３および第１のｐ電極３４２と、第２のｎ電極３４５および第２のｐ電極３４４とをそれぞれ独立に形成することができる。そのため、互いに異なる発光波長を発する第１の窒化物半導体積層構造体３２０と第２の窒化物半導体積層構造体３３０とをそれぞれ独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１４２】
また、第２の基板３１３の主面を、Ｓｉの（１００）７°オフ面、（１１３）面、（１１２）面、または（１１０）面とし、この主面上と、第２の基板３１３の凸部の側面に現れたＳｉ（１１１）面上とに、選択的に第１の窒化物半導体積層構造体３２０を結晶成長させることにより、第１の窒化物半導体積層構造体３２０の主面をＧａＮ（０００１）面に対して傾斜した非極性面とすることができる。そのため、第１の発光層３２２内のピエゾ電界を低減することができる。その結果、第１の発光層３２２内での電子と正孔の空間的な分離を改善することができ、発光効率を向上させることができる。
【０１４３】
また、第２の基板３１３に設けられた凹凸構造を周期的な構造とすることにより、第１の発光層３２２から放出された光を第１の窒化物半導体積層構造体３２０の外部へ効率よく取り出すことができる。
【０１４４】
また、本実施形態では、結晶成長する面方位が異なっており、一般的には凹凸構造を有する第１の窒化物半導体積層構造体３２０よりも第２の窒化物半導体積層構造体３３０の方が基板垂直方向への成長速度が速い。そのため、成長初期は、凹凸構造の厚みの分だけ第１の窒化物半導体積層構造体３２０の方が第２の窒化物半導体積層構造体３３０よりも厚いが、平坦面の結晶成長が進むにつれて上記成長速度の差によって二つの成長面間の段差は小さくなる。したがって、より微細なパターンを形成することが可能となり、その結果、高発光効率の窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１４５】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１４６】
なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子３００では、実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００と同様に、絶縁層３１２の熱膨張係数が第１のｎ型半導体層３２１や第２のｎ型半導体層３３１の熱膨張係数よりも大きくなるように構成されているので、第１のｎ型半導体層３２１や第２のｎ型半導体層３３１においてクラックが発生することを抑制することができる。
【０１４７】
次に、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子３００の製造方法について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０１４８】
図６の（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板３１１と、Ｓｉ単結晶からなる第２の基板３１３とを、例えばＳｉＯ2からなる絶縁層３１２を介して接合させる。このとき、第２の基板３１３の主面が、シリコンの（１１１）面とは異なる面方位となるように構成されている。
【０１４９】
次に、熱酸化法やプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、第２の基板３１３上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる第１のマスク３１４を形成する。その後、図６の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１の領域となる部分において、ストライプ状の開口を有するように第１のマスク３１４をパターニングして、第２の基板３１３を露出させる。なお、第２の領域となる部分においては、第１のマスク３１４は全てエッチング除去される。
【０１５０】
次に、図６の（ｃ）に示すように、第２の基板３１３に対して、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）によりウェットエッチングを施し、第２の基板３１３に開口を形成して、島状の凸部を有する凹凸構造を形成する。これにより、第２の基板３１３の開口において絶縁層３１２を露出させる。このとき、第２の基板３１３の凸部の側面は傾斜面となり、その面方位はＳｉの（１１１）面となる。なお、第２の領域においては、第２の基板３１３は全て除去される。
【０１５１】
次に、図６の（ｄ）に示すように、例えばＨＦ（フッ酸）によるウェットエッチングにより、第１のマスク３１４を除去する。これにより、第１の領域における凹凸構造を形成することができる。
【０１５２】
次に、図６の（ｅ）に示すように、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、第２の基板３１３に形成した凹凸構造における凸部の両側面のうち、一方の傾斜面を第２のマスク３０１で被覆する。
【０１５３】
次に、図６の（ｆ）に示すように、第２の基板３１３が除去されて凹凸構造のない第２の領域において、フォトリソグラフィ法やドライエッチング法により、絶縁層３１２を選択的に除去して絶縁層３１２に複数の開口を形成する。これにより、絶縁層３１２に開口部３０２が形成され、開口部分の第１の基板３１１が露出する。このとき、開口部３０２の開口は周期的に形成することが望ましい。
【０１５４】
次に、図６の（ｇ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第２の基板３１３の凹凸構造を有する第１の領域上、および、開口部３０２が形成された第２の領域上に、それぞれ第１のｎ型半導体層３２１と第２のｎ型半導体層３３１を形成する。このとき、第１の領域において、第１のｎ型半導体層３２１は、露出する第２の基板３１３、すなわち、第２の基板３１３の主面と凸部の側面の面方位に従って（図中の斜め矢印方向に）結晶成長するとともに、第１の基板３１１の主面に対して平行に平坦成長する。また、第２の領域においては、第２のｎ型半導体層３３１は、露出する第１の基板３１１の主面に従って（図中の上向き矢印方向に）、第１の基板３１１の主面に対して平行に平坦成長する。この場合、第１のｎ型半導体層３２１よりも第２のｎ型半導体層３３１の方が、主面に垂直方向の成長レートが速い。したがって、二つの成長面間の段差は、二つの半導体層の結晶成長が進むに従って小さくなる。
【０１５５】
続いて、図６の（ｈ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第１のｎ型半導体層３２１上には第１の発光層３２２および第１のｐ型半導体層３２３を、第２のｎ型半導体層３３１上には第２の発光層３３２および第２のｐ型半導体層３３３を、それぞれ形成する。
【０１５６】
次に、図６の（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１のｐ型半導体層３２３および第２のｐ型半導体層３３３にリッジを形成する。また、同様に、第１のｎ型半導体層３２１および第２のｎ型半導体層３３１が露出するように、それぞれ選択的に開口を形成する。
【０１５７】
次に、図６の（ｊ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、第１のｎ型半導体層３２１に電気的に接続される形で第１のｎ電極３４３を形成し、また、第１のｐ型半導体層３２３に電気的に接続される形で第１のｐ電極３４２を形成する。さらに、第２のｎ型半導体層３３１に電気的に接続される形で第２のｎ電極３４５を形成し、また、第２のｐ型半導体層３３３に電気的に接続される形で第２のｐ電極３４４を形成する。
【０１５８】
最後に、図示しないが、ブレードを用いたダイシング、またはへき開によりチップ分離を行うことで、窒化物半導体発光素子を形成する。
【０１５９】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０１６０】
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【０１６１】
図７に示すように、本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子４００は、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板４１１、絶縁層４１２、およびＳｉ単結晶からなる第２の基板４１３がこの順に積層された構造の凹凸基板４１０を有する。
【０１６２】
ここで、凹凸基板４１０は、第２の基板４１３が絶縁層４１２を露出するようにして島状に形成された凹凸構造を有する第１の領域と、第２の基板４１３が存在せず絶縁層４１２が第１の基板４１１を露出するようにして形成された第２の領域とからなる。
【０１６３】
第１の領域において、第２の基板４１３の凹凸構造における凸部の両側面のうち、一方の側面（第１の側面）はＳｉ（１１１）面が露出しており、他方の側面（第２の側面）は第２のマスク４０１で覆われている。また、凹凸構造における凹部は、当該凹部の底部が絶縁層４１２の表面となるように形成されている。従って、本実施形態において、凹部の底部を構成する材料は、絶縁層４１２である。
【０１６４】
第１の領域における第２の基板４１３上には、第１のｎ型半導体層４２１（第１の窒化物半導体層）、第１の発光層４２２、および第１のｐ型半導体層４２３（第２の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第１の窒化物半導体積層構造体４２０が形成されている。第１のｎ型半導体層４２１は、第１の領域における凹凸構造の凹部を埋めるようにして、第１の基板４１１の主面に対して平行に平坦成長されている。
【０１６５】
第１の窒化物半導体積層構造体４２０には第１のｎ型半導体層４２１が露出するような開口が設けられ、第１のｎ型半導体層４２１および第１のｐ型半導体層４２３上に、それぞれ第１のｎ電極４４３および第１のｐ電極４４２がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０１６６】
本実施形態においては、さらに、第１のｐ型半導体層４２３の上面には周期的な凹凸を有する第１の発光面４５１が形成されている。
【０１６７】
一方、凹凸基板４１０の第２の領域においては、絶縁層４１２に開口部４０２が設けられている。開口部４０２は、単一開口からなり、第１の基板４１１の主面である平坦面が露出するように形成されている。
【０１６８】
第２の領域における開口部４０２上には、第２のｎ型半導体層４３１（第３の窒化物半導体層）、第２の発光層４３２、および第２のｐ型半導体層４３３（第４の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第２の窒化物半導体積層構造体４３０が形成されている。
【０１６９】
第２の窒化物半導体積層構造体４３０には第２のｎ型半導体層４３１が露出するような開口が設けられ、第２のｎ型半導体層４３１および第２のｐ型半導体層４３３上に、それぞれ第２のｎ電極４４５および第２のｐ電極４４４がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０１７０】
本実施形態においては、さらに、第２のｐ型半導体層４３３の上面には周期的な凹凸を有する第２の発光面４５２が形成されている。
【０１７１】
第１の領域上に形成された第１の窒化物半導体積層構造体４２０と第２の領域上に形成された第２の窒化物半導体積層構造体４３０とは、同一の凹凸基板４１０上に形成されるが、第１の窒化物半導体積層構造体４２０の下層にある絶縁層４１２によって絶縁されている。第１の窒化物半導体積層構造体４２０と第２の窒化物半導体積層構造体４３０とは素子分離されており、中心波長の異なる光を発する。
【０１７２】
上記の構成において、第１の窒化物半導体積層構造体４２０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第１のｐ型半導体層４２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第１の発光層４２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第１のｎ型半導体層４２１により構成されている。第１のｐ電極４４２は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第１のｎ電極４４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第１のｐ型半導体層４２３および第１の発光層４２２の一部を選択的に除去することで露出した第１のｎ型半導体層４２１に接する形で形成されている。
【０１７３】
また、上記の構成において、第２の窒化物半導体積層構造体４３０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のｐ型半導体層４３３、例えば波長５３０ｎｍを中心とする緑色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第２の発光層４３２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第２のｎ型半導体層４３１により構成されている。第２のｐ電極４４４は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第２のｎ電極４４５は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第２のｐ型半導体層４３３および第２の発光層４３２の一部を選択的に除去することで露出した第２のｎ型半導体層４３１に接する形で形成されている。
【０１７４】
また、絶縁層４１２は、ＳｉＯ2からなることが好ましい。また、第１のｐ電極４４２と第１のｐ型半導体層４２３の間には、例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる透明電極が挿入されていることが望ましい。また、第２のｐ電極４４４と第２のｐ型半導体層４３３の間には、例えばＩＴＯからなる透明電極が挿入されていることが望ましい。さらに、ＩＴＯからなる透明電極に凹凸構造が設けられていることが望ましい。
【０１７５】
また、第２の基板４１３の主面は、Ｓｉの（１００）７°オフ面、（１１３）面、（１１２）、または（１１０）面であることが好ましい。また、第２の基板４１３に設けられた凹凸構造は、周期的な構造であることが望ましい。また、開口部４０２は、実施の形態１のように、開口と絶縁層４１２が交互に配置された周期的な構造となっていてもよい。
【０１７６】
また、第２のマスク４０１は、ＳｉＯ2またはＳｉＯ2とＴｉＯ2などの誘電体からなる多層膜であることが望ましい。
【０１７７】
次に、このように構成された本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子４００の動作について説明する。
【０１７８】
本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子４００は、実施形態３と同様に、凹凸構造を有する第１の領域と平坦面を有する第２の領域とを含む凹凸基板４１０を備える。したがって、異なる面方位のＧａＮ結晶を、間隔を狭く、それぞれ基板の主面に対して平行に平坦面成長することが可能となる。この平坦面上には、フォトリソグラフィやドライエッチングなどの一般的な半導体プロセスを用いて、微細なパターン形成が可能であるため、電流注入を改善するための微細電極パターンや、光取り出し効率を改善するための微細凹凸パターンを容易に形成することができ、これにより、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。例えば、図７に示すように、第１の発光面４５１および第２の発光面４５２に周期的な凹凸パターンを形成することで、それぞれ第１の窒化物半導体積層構造体４２０および第２の窒化物半導体積層構造体４３０から効率よく光を取り出すことが可能となる。この結果、高発光効率で、発光点間隔が狭い窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１７９】
また、実施形態３と同様に、異なる二つの成長面を有しており、Ｉｎの取り込み量を異ならせることができるので、一度の結晶成長で、複数の異なる発光波長のピークを持つ窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１８０】
また、実施形態３と同様に、第１のｎ電極４４３および第１のｐ電極４４２と、第２のｎ電極４４５および第２のｐ電極４４４とをそれぞれ独立に形成している。したがって、互いに異なる発光波長を発する第１の窒化物半導体積層構造体４２０と第２の窒化物半導体積層構造体４３０とをそれぞれ独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１８１】
また、実施形態３と同様に、第１の領域において、選択的に第１の窒化物半導体積層構造体４２０を結晶成長させることができるので、第１の発光層４２２内のピエゾ電界を低減することができる。その結果、第１の発光層４２２内での電子と正孔の空間的な分離を改善することができ、発光効率を向上させることができる。
【０１８２】
また、実施形態３と同様に、第２の基板４１３に設けられた凹凸構造を周期的な構造とすることにより、第１の発光層４２２から放出された光を第１の窒化物半導体積層構造体４２０の外部へ効率よく取り出すことができる。
【０１８３】
また、実施形態３と同様に、第１の領域と第２の領域とにおける基板垂直方向の成長速度の差によって、二つの成長面間の段差が成長初期よりも小さくなる。したがって、より微細なパターンを形成することが可能となり、その結果、高発光効率の窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１８４】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０１８５】
なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子４００では、実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００と同様に、絶縁層４１２の熱膨張係数が第１のｎ型半導体層４２１や第２のｎ型半導体層４３１の熱膨張係数よりも大きくなるように構成されているので、第１のｎ型半導体層４２１や第２のｎ型半導体層４３１においてクラックが発生することを抑制することができる。
【０１８６】
次に、本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子４００の製造方法について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施形態４に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０１８７】
図８の（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板４１１と、Ｓｉ単結晶からなる第２の基板４１３とを、例えばＳｉＯ2からなる絶縁層４１２を介して接合させる。このとき、第２の基板４１３の主面が、シリコンの（１１１）面とは異なる面方位となるように構成されている。
【０１８８】
次に、熱酸化法やプラズマＣＶＤ法などにより、第２の基板４１３上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる第１のマスク４１４を形成する。その後、図８の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１の領域となる部分において、ストライプ状の開口を有するように第１のマスク４１４をパターニングして、第２の基板４１３を露出させる。なお、第２の領域となる部分においては、第１のマスク４１４はエッチング除去される。
【０１８９】
次に、図８の（ｃ）に示すように、第２の基板４１３に対して、例えばＫＯＨやＴＭＡＨによりウェットエッチングを施し、第２の基板４１３に島状の凸部を有する凹凸構造を形成する。これにより、第２の基板４１３の開口において絶縁層４１２を露出させる。このとき、第２の基板４１３の凸部の側面は傾斜面となり、その面方位はＳｉの（１１１）面となる。なお、第２の領域においては、第２の基板４１３は全て除去される。
【０１９０】
次に、図８の（ｄ）に示すように、例えばＨＦによるウェットエッチングにより、第１のマスク４１４を除去する。これにより、第１の領域における凹凸構造を形成することができる。
【０１９１】
次に、図８の（ｅ）に示すように、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、第２の基板４１３に形成した凹凸構造における凸部の両側面のうち、一方の傾斜面を第２のマスク４０１で被覆する。
【０１９２】
次に、図８の（ｆ）に示すように、第２の基板４１３が除去されて凹凸構造のない第２の領域において、フォトリソグラフィ法やドライエッチング法により、絶縁層４１２の一部を除去して絶縁層４１２に単一開口の開口部４０２を形成し、第１の基板４１１を露出させる。このとき、開口部４０２は複数の開口が周期的に配置された構造としてもよい。
【０１９３】
次に、図８の（ｇ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第２の基板４１３の凹凸構造を有する第１の領域上、および、開口部４０２が形成された第２の領域上に、それぞれ第１のｎ型半導体層４２１と第２のｎ型半導体層４３１を形成する。このとき、第１の領域において、第１のｎ型半導体層４２１は、露出する第２の基板４１３、すなわち、第２の基板４１３の主面と凸部の側面の面方位に従って（図中の斜め矢印方向に）結晶成長するとともに、第１の基板４１１の主面に対して平行に平坦成長する。また、第２の領域においては、第２のｎ型半導体層４３１は、露出する第１の基板４１１の主面垂直方向に（図中の上向き矢印方向に）、第１の基板４１１の主面に対して平行に平坦成長する。この場合、第１のｎ型半導体層４２１よりも第２のｎ型半導体層４３１の方が、主面に垂直方向の成長レートが速い。したがって、二つの成長面間の段差は、二つの半導体層の結晶成長が進むに従って小さくなる。
【０１９４】
続いて、図８の（ｈ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第１のｎ型半導体層４２１上には第１の発光層４２２および第１のｐ型半導体層４２３を、第２のｎ型半導体層４３１上には第２の発光層４３２および第２のｐ型半導体層４３３を、それぞれ形成する。
【０１９５】
次に、図８の（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１のｎ型半導体層４２１および第２のｎ型半導体層４３１が露出するように、選択的に開口を形成する。
【０１９６】
次に、図８の（ｊ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１のｐ型半導体層４２３に周期的な凹凸からなる第１の発光面４５１を、第２のｐ型半導体層４３３に周期的な凹凸からなる第２の発光面４５２を、それぞれ形成する。
【０１９７】
次に、図８の（ｋ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、第１のｎ型半導体層４２１に電気的に接続される形で第１のｎ電極４４３を形成し、また、第１のｐ型半導体層４２３に電気的に接続される形で第１のｐ電極４４２を形成する。さらに、第２のｎ型半導体層４３１に電気的に接続される形で第２のｎ電極４４５を形成し、また、第２のｐ型半導体層４３３に電気的に接続される形で第２のｐ電極４４４を形成する。
【０１９８】
最後に、図示しないが、ブレードを用いたダイシングによりチップ分離を行うことで、窒化物半導体発光素子を形成する。
【０１９９】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０２００】
（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子について、図９Ａおよび図９Ｂを用いて説明する。図９Ａは、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。図９Ｂは、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子の斜視図である。なお、図９Ｂは、図９Ａにおいて、第１のｎ電極５４３、第１のｐ電極５４２、第２のｎ電極５４５および第２のｐ電極５４４が形成される前の状態を示している。
【０２０１】
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子５００は、（１１−２０）面を主面とするサファイア基板からなり、周期的な凹凸構造を有する第１の領域５０１と、平坦面である第２の領域５０２とから構成されている凹凸基板５１０を備える。凹凸構造の凸部における側面は、（０００１）面となっている。また、凹凸構造における凹部は、サファイア基板をエッチングすることによって形成されている。従って、本実施形態において、凹部の底部を構成する材料は、サファイアである。
【０２０２】
第１の領域５０１上には、第１のｎ型半導体層５２１（第１の窒化物半導体層）、第１の発光層５２２、および第１のｐ型半導体層５２３（第２の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第１の窒化物半導体積層構造体５２０が形成されている。第１のｎ型半導体層５２１は、第１の領域５０１における凹凸構造の凹部を埋めるようにして、サファイア基板の主面に対して平行に平坦成長されている。
【０２０３】
第１の窒化物半導体積層構造体５２０には第１のｎ型半導体層５２１が露出するような開口が設けられ、第１のｎ型半導体層５２１および第１のｐ型半導体層５２３上に、それぞれ第１のｎ電極５４３および第１のｐ電極５４２がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０２０４】
第１のｐ型半導体層５２３にはリッジが形成されており、第１のｎ電極５４３と第１のｐ電極５４２の間に高電流を注入することにより、第１の発光層５２２から、所望の波長のレーザ光が発せられる。
【０２０５】
一方、第２の領域５０２上には、第２のｎ型半導体層５３１（第３の窒化物半導体層）、第２の発光層５３２、および第２のｐ型半導体層５３３（第４の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第２の窒化物半導体積層構造体５３０が形成されている。
【０２０６】
第２の窒化物半導体積層構造体５３０には第２のｎ型半導体層５３１が露出するような開口が設けられ、第２のｎ型半導体層５３１および第２のｐ型半導体層５３３上に、それぞれ第２のｎ電極５４５および第２のｐ電極５４４がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０２０７】
第２のｐ型半導体層５３３にはリッジが形成されており、第２のｎ電極５４５と第２のｐ電極５４４の間に高電流を注入することにより、第２の発光層５３２から、所望の波長のレーザ光が発せられる。
【０２０８】
第１の領域５０１上に形成された第１の窒化物半導体積層構造体５２０と第２の領域５０２上に形成された第２の窒化物半導体積層構造体５３０とは、同一の凹凸基板５１０上に形成されるが、凹凸基板５１０は絶縁性のサファイア基板からなるので、第１の窒化物半導体積層構造体５２０と第２の窒化物半導体積層構造体５３０とは絶縁されている。第１の窒化物半導体積層構造体５２０と第２の窒化物半導体積層構造体５３０とは素子分離されており、中心波長の異なる光を発する。
【０２０９】
上記の構成において、第１の窒化物半導体積層構造体５２０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第１のｐ型半導体層５２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第１の発光層５２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第１のｎ型半導体層５２１により構成されている。第１のｐ電極５４２は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第１のｎ電極５４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第１のｐ型半導体層５２３および第１の発光層５２２の一部を選択的に除去することで露出した第１のｎ型半導体層５２１に接する形で形成されている。
【０２１０】
また、上記の構成において、第２の窒化物半導体積層構造体５３０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のｐ型半導体層５３３、例えば波長５３０ｎｍを中心とする緑色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第２の発光層５３２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第２のｎ型半導体層５３１により構成されている。第２のｐ電極５４４は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第２のｎ電極５４５は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第２のｐ型半導体層５３３および第２の発光層５３２の一部を選択的に除去することで露出した第２のｎ型半導体層５３１に接する形で形成されている。
【０２１１】
また、第１の領域５０１における凹凸構造の凸部（または凹部）の側面は、垂直であることが望ましい。
【０２１２】
次に、このように構成された本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子５００の動作について説明する。
【０２１３】
本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子５００においては、第１の領域５０１上にはＧａＮの（１−１００）面が成長し、第２の領域５０２上にはＧａＮの（０００１）面が成長する。したがって、実施形態３と同様に、異なる面方位のＧａＮ結晶を、間隔を狭く、それぞれ基板の主面に対して平行に平坦面成長することが可能となる。この平坦面上には、フォトリソグラフィやドライエッチングなどの一般的な半導体プロセスを用いて、微細なパターン形成が可能であるため、電流注入を改善するための微細電極パターンや、光取り出し効率を改善するための微細凹凸パターンを容易に形成することができ、これにより、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。この結果、高発光効率で、発光点間隔が狭い窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２１４】
また、実施形態３と同様に、異なる二つの成長面を有しており、Ｉｎの取り込み量を異ならせることができるので、一度の結晶成長で、複数の異なる発光波長のピークを持つ窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２１５】
また、実施形態３と同様に、第１のｎ電極５４３および第１のｐ電極５４２と、第２のｎ電極５４５および第２のｐ電極５４４とをそれぞれ独立に形成している。したがって、互いに異なる発光波長を発する第１の窒化物半導体積層構造体５２０と第２の窒化物半導体積層構造体５３０とを、それぞれ独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２１６】
また、実施形態３と同様に、第１の領域５０１において、選択的に第１の窒化物半導体積層構造体５２０を結晶成長させることができるので、第１の発光層５２２内のピエゾ電界を低減することができる。その結果、第１の発光層５２２内での電子と正孔の空間的な分離を改善することができ、発光効率を向上させることができる。
【０２１７】
また、実施形態３と同様に、第１の領域５０１における凹凸構造を周期的な構造とすることにより、第１の発光層５２２から放出された光を第１の窒化物半導体積層構造体５２０の外部へ効率よく取り出すことができる。
【０２１８】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２１９】
なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子５００において、凹凸基板５１０における凹部（サファイア）の熱膨張係数を第１のｎ型半導体層５２１や第２のｎ型半導体層５３１の熱膨張係数よりも大きくなるように構成することにより、実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００と同様に、第１のｎ型半導体層５２１や第２のｎ型半導体層５３１においてクラックが発生することを抑制することができる。
【０２２０】
次に、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子５００の製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施形態５に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０２２１】
図１０の（ａ）に示すように、まず、（１１−２０）を主面とするサファイア基板５１０Ｓ上に、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を用いて、マスク５１４を形成する。
【０２２２】
次に、図１０の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１の領域５０１となる部分において、ストライプ状の開口を有するようにマスク５１４をパターニングして、サファイア基板５１０Ｓを露出させる。なお、第２の領域５０２となる部分においては、マスク５１４はエッチング除去されない。
【０２２３】
次に、図１０の（ｃ）に示すように、サファイア基板５１０Ｓ上にドライエッチングを施すことにより、サファイア基板５１０Ｓに凹凸構造を形成する。このとき、凹凸構造の凸部の側面が（０００１）面となるように形成する。
【０２２４】
次に、図１０の（ｄ）に示すように、例えばＨＦによるウェットエッチングにより、マスク５１４を除去する。これにより、凹凸構造を有する第１の領域５０１と平坦面である第２の領域５０２とを含む凹凸基板５１０を作製することができる。
【０２２５】
次に、図１０の（ｅ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第１の領域５０１上および第２の領域５０２上に、それぞれ第１のｎ型半導体層５２１と第２のｎ型半導体層５３１を形成する。このとき、第１の領域５０１において、第１のｎ型半導体層５２１は、凹凸構造の面方位に従って結晶成長するとともに、サファイア基板５１０Ｓの主面に対して平行に平坦成長する。また、第２の領域５０２においては、第２のｎ型半導体層５３１は、サファイア基板５１０Ｓの主面に対して平行に平坦成長する。
【０２２６】
続いて、図１０の（ｆ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第１のｎ型半導体層５２１上には第１の発光層５２２および第１のｐ型半導体層５２３を、第２のｎ型半導体層５３１上には第２の発光層５３２および第２のｐ型半導体層５３３を、それぞれ形成する。
【０２２７】
次に、図１０の（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１のｐ型半導体層５２３および第２のｐ型半導体層５３３にリッジを形成する。また、同様に、第１のｎ型半導体層５２１および第２のｎ型半導体層５３１が露出するように、選択的に開口を形成する。
【０２２８】
次に、図１０の（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、第１のｎ型半導体層５２１に電気的に接続される形で第１のｎ電極５４３を形成し、また、第１のｐ型半導体層５２３に電気的に接続される形で第１のｐ電極５４２を形成する。さらに、第２のｎ型半導体層５３１に電気的に接続される形で第２のｎ電極５４５を形成し、また、第２のｐ型半導体層５３３に電気的に接続される形で第２のｐ電極５４４を形成する。
【０２２９】
最後に、図示しないが、ブレードを用いたダイシング、またはへき開によりチップ分離を行うことで、窒化物半導体発光素子を形成する。
【０２３０】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０２３１】
（実施形態６）
次に、本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【０２３２】
図１１に示すように、本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子６００は、（１１−２０）面を主面とするサファイア基板からなり、周期的な凹凸構造を有する第１の領域６０１と、平坦面である第２の領域６０２とから構成されている凹凸基板６１０を備える。凹凸構造の凸部における側面は、（０００１）面となっている。また、凹凸構造における凹部は、サファイア基板をエッチングすることによって形成されている。従って、本実施形態において、凹部の底部を構成する材料は、サファイアである。
【０２３３】
第１の領域６０１上には、第１のｎ型半導体層６２１（第１の窒化物半導体層）、第１の発光層６２２、および第１のｐ型半導体層６２３（第２の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第１の窒化物半導体積層構造体６２０が形成されている。第１のｎ型半導体層６２１は、第１の領域６０１における凹凸構造の凹部を埋めるようにして、サファイア基板の主面に対して平行に平坦成長されている。
【０２３４】
第１の窒化物半導体積層構造体６２０には第１のｎ型半導体層６２１が露出するような開口が設けられ、第１のｎ型半導体層６２１および第１のｐ型半導体層６２３上に、それぞれ第１のｎ電極６４３および第１のｐ電極６４２がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０２３５】
本実施形態では、さらに、第１のｐ型半導体層６２３の上面には周期的な凹凸を有する第１の発光面６５１が形成されている。
【０２３６】
一方、第２の領域６０２上には、第２のｎ型半導体層６３１（第３の窒化物半導体層）、第２の発光層６３２、および第２のｐ型半導体層６３３（第４の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第２の窒化物半導体積層構造体６３０が形成されている。
【０２３７】
第２の窒化物半導体積層構造体６３０には第２のｎ型半導体層６３１が露出するような開口が設けられ、第２のｎ型半導体層６３１および第２のｐ型半導体層６３３上に、それぞれ第２のｎ電極６４５および第２のｐ電極６４４がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０２３８】
本実施形態では、さらに、第２のｐ型半導体層６３３の上面には周期的な凹凸を有する第２の発光面６５２が形成されている。
【０２３９】
第１の領域６０１上に形成された第１の窒化物半導体積層構造体６２０と第２の領域６０２上に形成された第２の窒化物半導体積層構造体６３０とは、同一の凹凸基板６１０上に形成されるが、凹凸基板６１０は絶縁性のサファイア基板からなるので、第１の窒化物半導体積層構造体６２０と第２の窒化物半導体積層構造体６３０とは絶縁されている。また、第１の窒化物半導体積層構造体６２０と第２の窒化物半導体積層構造体６３０とは素子分離されており、中心波長の異なる光を発する。
【０２４０】
上記の構成において、第１の窒化物半導体積層構造体６２０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第１のｐ型半導体層６２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第１の発光層６２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第１のｎ型半導体層６２１により構成されている。第１のｐ電極６４２は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第１のｎ電極６４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第１のｐ型半導体層６２３および第１の発光層６２２の一部を選択的に除去することで露出した第１のｎ型半導体層６２１に接する形で形成されている。
【０２４１】
また、上記の構成において、第２の窒化物半導体積層構造体６３０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のｐ型半導体層６３３、例えば波長５３０ｎｍを中心とする緑色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第２の発光層６３２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第２のｎ型半導体層６３１により構成されている。第２のｐ電極６４４は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第２のｎ電極６４５は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第２のｐ型半導体層６３３および第２の発光層６３２の一部を選択的に除去することで露出した第２のｎ型半導体層６３１に接する形で形成されている。
【０２４２】
また、第１の領域６０１における凹凸構造の凸部（または凹部）の側面は、垂直であることが望ましい。
【０２４３】
次に、このように構成された本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子６００の動作について説明する。
【０２４４】
本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子６００においては、実施形態５と同様に、凹凸構造を有する第１の領域６０１と平坦面である第２の領域６０２とを含む凹凸基板６１０を備えている。これにより、異なる面方位のＧａＮ結晶を、間隔を狭く、それぞれ基板に対して平行に平坦面成長することが可能となる。この平坦面上には、フォトリソグラフィやドライエッチングなどの一般的な半導体プロセスを用いて、微細なパターン形成が可能であるため、電流注入を改善するための微細電極パターンや、光取り出し効率を改善するための微細凹凸パターンを容易に形成することができ、これにより、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。例えば、図１１に示すように、第１の発光面６５１および第２の発光面６５２に周期的な凹凸パターンを形成することで、それぞれ第１の窒化物半導体積層構造体６２０および第２の窒化物半導体積層構造体６３０から効率よく光を取り出すことが可能となる。この結果、高発光効率で、発光点間隔が狭い窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２４５】
また、実施形態３と同様に、異なる二つの成長面を有してＩｎの取り込み量を異ならせることができるので、一度の結晶成長で、複数の異なる発光波長のピークを持つ窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２４６】
また、実施形態３と同様に、第１のｎ電極６４３および第１のｐ電極６４２と、第２のｎ電極６４５および第２のｐ電極６４４とをそれぞれ独立に形成している。したがって、互いに異なる発光波長を発する第１の窒化物半導体積層構造体６２０と第２の窒化物半導体積層構造体６３０とをそれぞれ独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２４７】
また、実施形態３と同様に、第１の領域６０１において、選択的に第１の窒化物半導体積層構造体６２０を結晶成長させることができるので、第１の発光層６２２内のピエゾ電界を低減することができる。その結果、第１の発光層６２２内での電子と正孔の空間的な分離を改善することができ、発光効率を向上させることができる。
【０２４８】
また、実施形態３と同様に、第１の領域６０１における凹凸構造を周期的な構造とすることにより、第１の発光層６２２から放出された光を第１の窒化物半導体積層構造体６２０の外部へ効率よく取り出すことができる。
【０２４９】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２５０】
なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子６００において、凹凸基板６１０における凹部（サファイア）の熱膨張係数を第１のｎ型半導体層６２１や第２のｎ型半導体層６３１の熱膨張係数よりも大きくなるように構成することにより、実施形態５に係る窒化物半導体発光素子１００と同様に、第１のｎ型半導体層６２１や第２のｎ型半導体層６３１においてクラックが発生することを抑制することができる。
【０２５１】
次に、本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子６００の製造方法について、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施形態６に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０２５２】
図１２の（ａ）に示すように、まず、（１１−２０）を主面とするサファイア基板６１０Ｓ上に、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を用いて、マスク６１４を形成する。
【０２５３】
次に、図１２の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１の領域６０１となる部分において、ストライプ状の開口を有するようにマスク６１４をパターニングして、サファイア基板６１０Ｓを露出させる。なお、第２の領域６０２となる部分においては、マスク６１４はエッチング除去されない。
【０２５４】
次に、図１２の（ｃ）に示すように、サファイア基板６１０Ｓ上にドライエッチングを施すことにより、サファイア基板６１０Ｓに凹凸構造を形成する。このとき、凹凸構造の凸部の側面が（０００１）面となるように形成する。
【０２５５】
次に、図１２の（ｄ）に示すように、例えばＨＦによるウェットエッチングにより、マスク６１４を除去する。これにより、凹凸構造を有する第１の領域６０１と平坦面である第２の領域６０２とを含む凹凸基板６１０を作製することができる。
【０２５６】
次に、図１２の（ｅ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第１の領域６０１上および第２の領域６０２上に、それぞれ第１のｎ型半導体層６２１と第２のｎ型半導体層６３１を形成する。このとき、第１の領域６０１において、第１のｎ型半導体層６２１は、凹凸構造の面方位に従って結晶成長するとともに、サファイア基板６１０Ｓの主面に対して平行に平坦成長する。また、第２の領域６０２においては、第２のｎ型半導体層６３１は、サファイア基板６１０Ｓの主面に対して平行に平坦成長する。
【０２５７】
続いて、図１２の（ｆ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第１のｎ型半導体層６２１上には第１の発光層６２２および第１のｐ型半導体層６２３を、第２のｎ型半導体層６３１上には第２の発光層６３２および第２のｐ型半導体層６３３を、それぞれ形成する。
【０２５８】
次に、図１２の（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１のｎ型半導体層６２１および第２のｎ型半導体層６３１が露出するように、選択的に開口を形成する。
【０２５９】
次に、図１２の（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、第１のｐ型半導体層６２３に周期的な凹凸からなる第１の発光面６５１を、第２のｐ型半導体層６３３に周期的な凹凸からなる第２の発光面６５２を、それぞれ形成する。
【０２６０】
次に、図１２の（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、第１のｎ型半導体層６２１に電気的に接続される形で第１のｎ電極６４３を形成し、また、第１のｐ型半導体層６２３に電気的に接続される形で第１のｐ電極６４２を形成する。さらに、第２のｎ型半導体層６３１に電気的に接続される形で第２のｎ電極６４５を形成し、また、第２のｐ型半導体層６３３に電気的に接続される形で第２のｐ電極６４４を形成する。
【０２６１】
最後に、図示しないが、ブレードを用いたダイシングによりチップ分離を行うことで、窒化物半導体発光素子を形成する。
【０２６２】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０２６３】
（実施形態７）
次に、本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子について、図１３Ａおよび図１３Ｂを用いて説明する。図１３Ａは、本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１３Ｂは、本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子の実装状態を示す斜視図である。
【０２６４】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子７００は、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板７１１、第１の絶縁層７１２、およびＳｉ単結晶からなる第２の基板７１３がこの順に積層された構造の凹凸基板７１０上を有する。
【０２６５】
ここで、凹凸基板７１０は、第２の基板７１３が第１の絶縁層７１２を露出するようにして島状に形成された凹凸構造を有する第１の領域と、第２の基板７１３が存在せず第１の絶縁層７１２が第１の基板７１１を部分的に露出させるようにして形成された第２の領域とからなる。
【０２６６】
第１の領域において、第２の基板７１３の凹凸構造における凸部の両側面のうち、一方の側面（第１の側面）はＳｉ（１１１）面が露出しており、他方の側面（第２の側面）は第２のマスク７０１で覆われている。また、凹凸構造における凹部は、当該凹部の底部が絶縁層７１２の表面となるように形成されている。従って、本実施形態において、凹部の底部を構成する材料は、第１の絶縁層７１２である。
【０２６７】
第１の領域における第２の基板７１３上には、第１のｎ型半導体層７２１（第１の窒化物半導体層）、第１の発光層７２２、および第１のｐ型半導体層７２３（第１の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第１の窒化物半導体積層構造体７２０が形成されている。第１のｎ型半導体層７２１は、第１の領域における凹凸構造の凹部を埋めるようにして、第１の基板７１１の主面に対して平行に平坦成長されている。
【０２６８】
第１の窒化物半導体積層構造体７２０には第１のｎ型半導体層７２１が露出するような開口が設けられ、第１のｎ型半導体層７２１および第１のｐ型半導体層７２３上に、それぞれ第１のｎ電極７４３および第１のｐ電極７４２がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０２６９】
さらに、第１のｐ型半導体層７２３にはリッジが形成されており、第１のｎ電極７４３と第１のｐ電極７４２の間に高電流を注入することにより、第１の発光層７２２から、所望の波長のレーザが発せられる。
【０２７０】
一方、凹凸基板７１０の第２の領域においては、第１の絶縁層７１２に開口部７０２が設けられている。開口部７０２は、複数の開口からなり、第１の基板７１１の主面である平坦面が部分的に露出するように形成されている。
【０２７１】
第２の領域における開口部７０２上には、第２のｎ型半導体層７３１（第３の窒化物半導体層）、第２の発光層７３２、および第２のｐ型半導体層７３３（第４の窒化物半導体層）がこの順に積層された構造の第２の窒化物半導体積層構造体７３０が形成されている。
【０２７２】
第２の窒化物半導体積層構造体７３０には第２のｎ型半導体層７３１が露出するような開口が設けられ、第２のｎ型半導体層７３１および第２のｐ型半導体層７３３上に、それぞれ第２のｎ電極７４５および第２のｐ電極７４４がそれぞれ電気的に接続されるように形成されている。
【０２７３】
さらに、第２のｐ型半導体層７３３にはリッジが形成されており、第２のｎ電極７４５と第２のｐ電極７４４の間に高電流を注入することにより、第２の発光層７３２から、所望の波長のレーザ光が発せられる。
【０２７４】
第１の領域上に形成された第１の窒化物半導体積層構造体７２０と第２の領域上に形成された第２の窒化物半導体積層構造体７３０とは、同一の凹凸基板７１０上に形成されるが、第１の窒化物半導体積層構造体７２０の下層にある第１の絶縁層７１２によって絶縁されている。第１の窒化物半導体積層構造体７２０と第２の窒化物半導体積層構造体７３０とは素子分離されており、中心波長の異なる光を発する。
【０２７５】
そして、本実施形態では、さらに、第１のｐ型半導体層７２３および第２のｐ型半導体層７３３を覆うように、第２の絶縁層７６１が形成されている。第２の絶縁層７６１の上には、第１のｐ電極７４２および第２のｐ電極７４４と電気的に接続されるように、共通ｐ電極７７０が形成されている。なお、第２の絶縁層７６１は、第１の窒化物半導体積層構造体７２０と第２の窒化物半導体積層構造体７３０とを素子分離する領域にも形成されている。
【０２７６】
共通ｐ電極７７０上には、当該共通ｐ電極７７０と電気的に接続されるように第３のｐ電極７４６が形成されている。また、第３のｐ電極７４６が形成されていない共通ｐ電極７７０上には第３の絶縁層７６２が形成されている。第３の絶縁層７６２上には、第３のｎ型半導体層７５１（第５の窒化物半導体層）、第３の発光層７５２、およびリッジが形成されている第３のｐ型半導体層７５３（第６の窒化物半導体層）が、上層からこの順に形成されている第３の窒化物半導体積層構造体７５０が設けられている。そして、第３のｎ型半導体層７５１に電気的に接続されるように第３のｎ電極７４７が形成されている。すなわち、本実施形態では、第１の窒化物半導体積層構造体７２０および第２の窒化物半導体積層構造体７３０の上に第３の窒化物半導体積層構造体７５０が積層された構造となっており、これら三つの半導体層は、互いに異なる中心波長の光を発するように構成される。
【０２７７】
なお、図１３Ｂに示すように、第１のｎ電極７４３、第２のｎ電極７４５、共通ｐ電極７７０、および第３のｎ電極７４７は、それぞれ独立した電圧を供給することができるようにワイヤボンディング等によって所定の配線に電気的に接続されている。
【０２７８】
上記の構成において、第１の窒化物半導体積層構造体７２０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第１のｐ型半導体層７２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第１の発光層７２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第１のｎ型半導体層７２１により構成されている。第１のｐ電極７４２は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第１のｎ電極７４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第１のｐ型半導体層７２３および第１の発光層７２２の一部を選択的に除去することで露出した第１のｎ型半導体層７２１に接する形で形成されている。
【０２７９】
また、第２のマスク７０１は、ＳｉＯ2またはＳｉＯ2とＴｉＯ2などの誘電体からなる多層膜であることが望ましい。
【０２８０】
また、上記の構成において、第２の窒化物半導体積層構造体７３０は例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のｐ型半導体層７３３、例えば波長５３０ｎｍを中心とする緑色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第２の発光層７３２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第２のｎ型半導体層７３１により構成されている。第２のｐ電極７４４は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成される。第２のｎ電極７４５は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第２のｐ型半導体層７３３および第２の発光層７３２の一部を選択的に除去することで露出した第２のｎ型半導体層７３１に接する形で形成されている。
【０２８１】
また、上記の構成において、第３の窒化物半導体積層構造体７５０は、例えばＺｎがドープされたＧａＡｓからなる第３のｐ型半導体層７５３と、例えば波長６６０ｎｍを中心とする赤色発光を示すように調整された、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＡｓの多重量子井戸からなる第３の発光層７５２と、例えばＳｉがドープされたＧａＡｓからなる第３のｎ型半導体層７５１により構成されている。また、共通ｐ電極７７０と第３のｐ型半導体層７５３は、例えば貼り合わせにより接合されている。
【０２８２】
次に、このように構成された本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子７００の動作について説明する。
【０２８３】
本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子７００は、実施形態３の窒化物半導体発光素子３００上に、例えば赤色領域の光を発する半導体発光素子を設けたものである。そのため、実施形態３と同様の効果を得ることができ、さらに、第３の波長の光を発することができる。したがって、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０２８４】
なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子７００では、実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００と同様に、第１の絶縁層７１２の熱膨張係数が第１のｎ型半導体層７２１や第２のｎ型半導体層７３１の熱膨張係数よりも大きくなるように構成されているので、第１のｎ型半導体層７２１や第２のｎ型半導体層７３１においてクラックが発生することを抑制することができる。
【０２８５】
（実施形態８）
次に、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子について、図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【０２８６】
図１４に示すように、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子８００は、第３の基板８１５の上に形成された共通反射層８８０を備える。共通反射層８８０の上には、第１のｐ型半導体層８２３（第２の窒化物半導体層）、第１の発光層８２２、および第１のｎ型半導体層８２１（第１の窒化物半導体層）がこの順に積層された第１の窒化物半導体積層構造体８２０と、第２のｐ型半導体層８３３（第４の窒化物半導体層）、第２の発光層８３２、および第２のｎ型半導体層８３１（第３の窒化物半導体層）がこの順に積層された第２の窒化物半導体積層構造体８３０とが、設けられている。
【０２８７】
第１の窒化物半導体積層構造体８２０における第１のｎ型半導体層８２１には、凹凸構造の凹凸面８１０が形成されている。また、第１のｎ型半導体層８２１上には第１のｎ電極８４３が電気的に接続されるように形成されている。
【０２８８】
第２の窒化物半導体積層構造体８３０における第２のｎ型半導体層８３１上には、第２のｎ電極８４５が電気的に接続されるように形成されている。
【０２８９】
また、第３の基板８１５には、共通反射層８８０が設けられている面と逆の面に、共通ｐ電極８７０が形成されている。
【０２９０】
上記の構成において、第１の窒化物半導体積層構造体８２０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第１のｐ型半導体層８２３、例えば波長４７０ｎｍを中心とする青色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第１の発光層８２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第１のｎ型半導体層８２１により構成されている。第１のｎ電極８４３は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第１のｎ型半導体層８２１に接する形で形成されている。
【０２９１】
また、上記の構成において、第２の窒化物半導体積層構造体８３０は、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなる第２のｐ型半導体層８３３、例えば波長５３０ｎｍを中心とする緑色発光を示すように調整された、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる第２の発光層８３２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなる第２のｎ型半導体層８３１により構成されている。第２のｎ電極８４５は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属の多層膜で構成され、第２のｎ型半導体層８３１に接する形で形成されている。
【０２９２】
次に、このように構成された本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子８００の動作について、図１５Ａ〜図１５Ｃを用いて説明する。図１５Ａは、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子において、第１の窒化物半導体積層構造体８２０のみを動作させた状態（動作モードＡ）を示した断面図である。図１５Ｂは、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子において、第１の窒化物半導体積層構造体８２０と第２の窒化物半導体積層構造体８３０とを動作させた状態（動作モードＢ）を示した断面図である。図１５Ｃは、動作モードＡのときに得られる発光スペクトルＡ（破線）と動作モードＢのときに得られる発光スペクトルＢ（実線）を示した図である。
【０２９３】
なお、図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、窒化物半導体発光素子８００は、青色光を黄色光に変換する蛍光体８９１が含有された樹脂８９２で封止されている。
【０２９４】
図１５Ａに示すように、動作モードＡでは、第１の窒化物半導体積層構造体８２０からの青色光と、青色光を蛍光体によって変換した黄色光とが発せられる。この場合、図１５Ｃに示すように、発光スペクトルＡには赤色領域の光の強度が弱く、結果として演色性が低下する。
【０２９５】
一方、図１５Ｂに示すように、動作モードＢでは、第１の窒化物半導体積層構造体８２０から発せられる青色光に加え、第２の窒化物半導体積層構造体８３０から発せられる、第１の窒化物半導体積層構造体８２０から発せられる光よりも長い波長の光、および青色光を蛍光体によって変換した黄色光が発せられる。この場合、図１５Ｃに示すように、発光スペクトルＡと発光スペクトルＢとでは、発光スペクトルＢの方が、より赤色領域の光を含むこととなり、結果として演色性が向上する。
【０２９６】
すなわち、従来の窒化物半導体発光素子は、動作モードＡのみしか駆動することができず、演色性が低かったが、本実施形態では、動作モードＢのような駆動を行うことができるので、演色性に優れた窒化物半導体発光素子を実現することができる。さらに、本実施形態では、第１の窒化物半導体積層構造体８２０と第２の窒化物半導体積層構造体８３０は独立に駆動可能であるため、本実施形態の窒化物半導体発光素子は、演色性を所望に調整することができる。
【０２９７】
次に、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子８００の製造方法について、図１６を用いて説明する。図１６は、本発明の実施形態８に係る窒化物半導体発光素子８００の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０２９８】
図１６の（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ単結晶からなる第１の基板８１１と、Ｓｉ単結晶からなる第２の基板８１３とを、例えばＳｉＯ2からなる絶縁層８１２を介して接合させる。このとき、第２の基板８１３の主面が、シリコンの（１１１）面とは異なる面方位となるように構成されている。
【０２９９】
次に、熱酸化法やプラズマＣＶＤ法などにより、第２の基板８１３上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなるマスク８１４を形成する。その後、図１６の（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、ストライプ状の開口を有するようにマスク８１４をパターニングして、第２の基板８１３を露出させる。
【０３００】
次に、図１６の（ｃ）に示すように、第２の基板８１３に対して、例えばＫＯＨやＴＭＡＨによりウェットエッチングを施し、第２の基板８１３に島状の凸部を有する凹凸構造を形成する。これにより、第２の基板８１３の開口において絶縁層８１２を露出させる。このとき、第２の基板８１３の凸部の側面は傾斜面となり、その面方位はＳｉの（１１１）面となる。
【０３０１】
次に、図１６の（ｄ）に示すように、例えばＨＦによるウェットエッチングにより、マスク８１４を除去する。さらに、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、第２の基板８１３に形成した凹凸構造における凸部の両側面のうち、一方の傾斜面をマスク（図示せず）で被覆する。
【０３０２】
次に、図１６の（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ法やドライエッチング法により、絶縁層８１２に開口部８０２を形成し、第１の基板８１１を露出させる。
【０３０３】
次に、図１６の（ｆ）に示すように、ＭＯＣＶＤにより、第２の基板８１３の凹凸構造を有する第１の領域上、および、開口部８０２が形成された第２の領域上に、それぞれ第１のｎ型半導体層８２１と第２のｎ型半導体層８３１を形成する。このとき、第１の領域において、第１のｎ型半導体層８２１は、露出する第２の基板８１３、すなわち、第２の基板８１３の主面と凸部の側面の面方位に従って結晶成長するとともに、第１の基板８１１の主面に対して平行に平坦成長する。また、第２の領域においては、第２のｎ型半導体層８３１は、露出する第１の基板８１１の主面の面方位に従って、第１の基板８１１の主面に対して平行に平坦成長する。この場合、第１のｎ型半導体層８２１よりも第２のｎ型半導体層８３１の方が、主面に垂直方向の成長レートが速い。したがって、二つの成長面間の段差は結晶成長が進むに従って小さくなる。
【０３０４】
続いて、ＭＯＣＶＤにより、第１のｎ型半導体層８２１上に第１の発光層８２２および第１のｐ型半導体層８２３を、第２のｎ型半導体層８３１上に第２の発光層８３２および第２のｐ型半導体層８３３を、それぞれ形成する。
【０３０５】
次に、図１６の（ｇ）に示すように、第１のｐ型半導体層８２３および第２のｐ型半導体層８３３を覆うように、例えばＡｌやＡｇからなる共通反射層８８０を介して、例えばＧｅからなる第３の基板８１５を貼り合わせる。
【０３０６】
次に、図１６の（ｈ）に示すように、第１の基板８１１、絶縁層８１２、および第２の基板８１３を、フッ硝酸によるウェットエッチング、またはＣｌＦ3によるドライエッチングにより除去する。
【０３０７】
次に、図１６の（ｉ）に示すように、図１６の（ｈ）の半導体素子を反転させて、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、第１のｎ型半導体層８２１と電気的に接続される形で第１のｎ電極８４３を形成し、また、第２のｎ型半導体層８３１に電気的に接続される形で第２のｎ電極８４５を形成する。さらに、第３の基板８１５の裏面に、真空蒸着法を用いて、共通ｐ電極８７０を形成する。
【０３０８】
最後に、図示しないが、ブレードを用いたダイシング、またはへき開によりチップ分離を行うことで、窒化物半導体発光素子を形成する。
【０３０９】
以上により、高発光効率で、発光点間隔が狭く、複数の異なる発光波長のピークを持ち、それぞれの波長の発光を独立に駆動可能な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【０３１０】
なお、本実施形態では、第１の基板８１１と絶縁層８１２と第２の基板８１３とからなる基板を用いて第２の基板８１３に凹凸構造を形成し、これにより、第１のｎ型半導体層８２１に凹凸面８１０を形成したが、これに限らない。
【０３１１】
例えば、図９Ａに示す実施形態５または図１１に示す実施形態６のように、サファイア基板を用いて当該サファイア基板に凹凸構造を形成し、これにより、第１のｎ型半導体層８２１に凹凸面８１０を形成するように構成しても構わない。
【０３１２】
すなわち、サファイア基板の凹凸構造が形成された領域上には第１のｎ型半導体層を含む第１の窒化物半導体層を形成し、サファイア基板の凹凸構造のない領域には第２のｎ型半導体層を含む第２の窒化物半導体層を形成する。その後、上記のように第３の基板８１５を貼り合わせた後に、サファイア基板を除去する。
【０３１３】
（適用例）
次に、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を応用した適用例について、図１７Ａ〜図１７Ｃを用いて説明する。図１７Ａは、比較例に係る窒化物半導体発光素子の応用例を説明する図である。図１７Ｂは、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を応用した第１適用例を説明する図である。図１７Ｃは、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子を応用した第２適用例を説明する図である。なお、各図において、同じ構成要素については、同じ符号を付けている。
【０３１４】
図１７Ａに示すように、比較例に係る窒化物半導体発光素子の応用例は、小型プロジェクタ光源として、赤色、緑色、青色領域の光を発する３つのＬＥＤ光源を用いたものである。比較例に係る窒化物半導体発光素子の応用例では、図１７Ａに示すように、青色ＬＥＤ光源９８１から発せられた青色光と、緑色ＬＥＤ光源９８２から発せられた緑色光と、赤色ＬＥＤ光源９８３から発せられた赤色光は、それぞれコリメートレンズ９８４、コリメートレンズ９８５、コリメートレンズ９８６を通過した後、ミラー９８７、ミラー９８８、ミラー９８９、偏光子９９０、液晶パネル９９１、偏光子９９２、および投影レンズ群９９３を通過して、画像として投影される。
【０３１５】
次に、図１７Ｂに示すように、本実施形態に係る第１適用例は、小型プロジェクタの光源として、本発明の実施形態３に係る窒化物半導体発光素子３００と赤色ＬＥＤ光源９８３とを用いたものである。図１７Ｂに示すように、第１適用例に係る窒化物半導体発光素子３００の光源は、青色光と緑色光を狭い発光間隔で発することができる。したがって、窒化物半導体発光素子３００から発せられた青色光および緑色光は、コリメートレンズ９８４を通過した後に、ミラー９８９、偏光子９９０、液晶パネル９９１、偏光子９９２、および投影レンズ群９９３を通過して、画像として投影される。これにより、図１７Ａに示す比較例と比較して光学系の簡略化を図ることができる。なお、本適用例では、実施形態３に係る窒化物半導体発光素子３００を用いたが、実施形態４〜６、８に係る窒化物半導体発光素子を用いても構わない。
【０３１６】
次に、図１７Ｃに示すように、本実施形態に係る第２適用例は、小型プロジェクタの光源として、本発明の実施形態７に係る窒化物半導体発光素子７００を用いたものである。図１７Ｃに示すように、第２適用例に係る窒化物半導体発光素子７００の光源は、青色光、緑色光および赤色光を狭い発光間隔で発することができる。したがって、窒化物半導体発光素子７００から発せられた、青色光、緑色光および赤色光は、コリメートレンズ９８６を通過した後に、偏光子９９０、液晶パネル９９１、偏光子９９２、および投影レンズ群９９３を通過して、画像として投影される。これにより、図１７Ａ、図１７Ｂと比較して、さらに光学系の簡略化を図ることができる。
【０３１７】
以上、本発明に係る窒化物半導体発光素子およびその製造方法について、実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０３１８】
本発明は、例えば各種表示装置または照明装置に用いられる光源、その他の発光装置として有用である。
【符号の説明】
【０３１９】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００  窒化物半導体発光素子
１１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０  凹凸基板
１１１、２１１、３１１、４１１、７１１、８１１  第１の基板
１１２、２１２、３１２、４１２、８１２  絶縁層
１１３、２１３、３１３、４１３、７１３、８１３  第２の基板
１２０、２２０  窒化物半導体積層構造体
１２１、２２１  ｎ型窒化物半導体層
１２２、２２２  発光層
１２３、２２３  ｐ型窒化物半導体層
１３０  側面
１４１  透明電極
１４２、２４２  ｐ電極
１４３、２４３  ｎ電極
１５０、２５０、３１４、４１４  第１のマスク
１５１、２５１、３０１、４０１、７０１  第２のマスク
１６０、３０２、４０２、７０２、８０２  開口部
２１５、８１５  第３の基板
２３０、８１０  凹凸面
２８０  反射層
３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０  第１の窒化物半導体積層構造体
３２１、４２１、５２１、６２１、７２１、８２１  第１のｎ型半導体層
３２２、４２２、５２２、６２２、７２２、８２２  第１の発光層
３２３、４２３、５２３、６２３、７２３、８２３  第１のｐ型半導体層
３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０  第２の窒化物半導体積層構造体
３３１、４３１、５３１、６３１、７３１、８３１  第２のｎ型半導体層
３３２、４３２、５３２、６３２、７３２、８３２  第２の発光層
３３３、４３３、５３３、６３３、７３３、８３３  第２のｐ型半導体層
３４２、４４２、５４２、６４２、７４２  第１のｐ電極
３４３、４４３、５４３、６４３、７４３、８４３  第１のｎ電極
３４４、４４４、５４４、６４４、７４４  第２のｐ電極
３４５、４４５、５４５、６４５、７４５、８４５  第２のｎ電極
４５１、６５１  第１の発光面
４５２、６５２  第２の発光面
５１０Ｓ、６１０Ｓ  サファイア基板
５０１、６０１  第１の領域
５０２、６０２  第２の領域
５１４、６１４、８１４  マスク
７１２  第１の絶縁層
７４６  第３のｐ電極
７４７  第３のｎ電極
７５０  第３の窒化物半導体積層構造体
７５１  第３のｎ型半導体層
７５２  第３の発光層
７５３  第３のｐ型半導体層
７６１  第２の絶縁層
７６２  第３の絶縁層
７７０、８７０  共通ｐ電極
８８０  共通反射層
８９１  蛍光体
８９２  樹脂
９８１  青色ＬＥＤ光源
９８２  緑色ＬＥＤ光源
９８３  赤色ＬＥＤ光源
９８４、９８５、９８６  コリメートレンズ
９８７、９８８、９８９  ミラー
９９０、９９２  偏光子
９９１  液晶パネル
９９３  投影レンズ群
【図１】
2011145283.tif 000003
【図２】
2011145283.tif 000004
【図３】
2011145283.tif 000005
【図４】
2011145283.tif 000006
【図５Ａ】
2011145283.tif 000007
【図５Ｂ】
2011145283.tif 000008
【図６】
2011145283.tif 000009
【図７】
2011145283.tif 000010
【図８】
2011145283.tif 000011
【図９Ａ】
2011145283.tif 000012
【図９Ｂ】
2011145283.tif 000013
【図１０】
2011145283.tif 000014
【図１１】
2011145283.tif 000015
【図１２】
2011145283.tif 000016
【図１３Ａ】
2011145283.tif 000017
【図１３Ｂ】
2011145283.tif 000018
【図１４】
2011145283.tif 000019
【図１５Ａ】
2011145283.tif 000020
【図１５Ｂ】
2011145283.tif 000021
【図１５Ｃ】
2011145283.tif 000022
【図１６】
2011145283.tif 000023
【図１７Ａ】
2011145283.tif 000024
【図１７Ｂ】
2011145283.tif 000025
【図１７Ｃ】
2011145283.tif 000026
【図１８】
2011145283.tif 000027
【国際調査報告】
2011145283.tif 000028
2011145283.tif 000029
2011145283.tif 000030
2011145283.tif 000031
2011145283.tif 000032
2011145283.tif 000033